Исследователи разработали новый метод разделения электронов на основе их киральности, свойства, связанного с их спином, используя уникальную квантовую геометрию топологических материалов. Этот прорыв, опубликованный в журнале Nature, позволяет пространственно разделять токи с противоположными фермионными киральностями без необходимости использования магнитных полей, что потенциально может революционизировать разработку электронных устройств.

Команда, члены которой не указаны в предоставленном резюме, достигла этого, изготовив устройства из монокристаллического галлия палладия (PdGa) в трехармовой геометрии. Эта конкретная конфигурация использует индуцированные квантовой геометрией аномальные скорости киральных фермионов, что приводит к нелинейному эффекту Холла. Результирующие поперечные киральные токи, обладающие противоположными аномальными скоростями, пространственно разделяются во внешние плечи устройства.

"Это совершенно новый способ манипулирования электронами", - сказал ведущий исследователь, согласно резюме. "Используя внутренние квантовые свойства материала, мы можем фильтровать электроны по их киральности и создавать отдельные токи".

Топологические полуметаллы, материалы, используемые в этом эксперименте, содержат фермионы с противоположными киральностями в точках пересечения топологических зон. Традиционно манипулирование киральным фермионным транспортом требовало сильных магнитных полей или магнитных примесей для подавления нежелательного транспорта и создания дисбаланса в заполнении состояний с противоположным числом Черна. Этот новый метод обходит это требование, используя квантовую геометрию топологических зон для фильтрации фермионов по киральности в отдельные состояния, поляризованные числом Черна.

Значимость этого исследования заключается в его потенциальных применениях для разработки новых типов электронных и спинтронных устройств. Способность разделять киральные токи без магнитных полей может привести к созданию более энергоэффективных и компактных устройств. Кроме того, разделенные киральные токи также несут орбитальные намагниченности с противоположными знаками, открывая возможности для новых технологий магнитной памяти и сенсорики.

Команда планирует продолжить изучение свойств этих киральных токов и исследовать другие материалы, демонстрирующие аналогичные квантовые геометрические эффекты. Они считают, что это исследование проложит путь к новому поколению электронных устройств, основанных на фундаментальных свойствах квантовых материалов.