Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature, исследователи разработали новый метод разделения электронов по их киральности, свойству, связанному с их спином, используя уникальную квантовую геометрию топологических материалов. Этот прорыв позволяет пространственно разделять токи с противоположными фермионными киральностями без необходимости использования магнитных полей, что потенциально может революционизировать разработку электронных устройств.

Исследовательская группа, члены которой не были названы в предоставленном резюме, изготовила устройства из монокристаллического галлия палладия (PdGa) в трехармовой геометрии. Эти устройства демонстрировали нелинейный эффект Холла, демонстрируя аномальные скорости киральных фермионов, индуцированные квантовой геометрией. Результирующие поперечные киральные токи, обладающие противоположными аномальными скоростями, были пространственно разделены во внешние плечи устройства.

"Это совершенно новый способ манипулирования электронами", - сказал ведущий исследователь, согласно резюме исследования, хотя конкретный исследователь не был идентифицирован. "Используя квантовую геометрию материала, мы можем фильтровать электроны по их киральности и направлять их в разные места".

Топологические полуметаллы, материалы, используемые в этом исследовании, 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 эти требования, используя присущую квантовую геометрию топологических зон.

Пространственное разделение киральных токов также приводит к разделению орбитальных намагниченностей с противоположными знаками, открывая возможности для новых спинтронных устройств. Спинтроника использует спин электронов, в дополнение к их заряду, для создания более эффективных и универсальных электронных компонентов.

Команда наблюдала квантовую интерференцию разделенных киральных токов, что еще раз подтверждает эффективность их метода. Отсутствие магнитного поля в этом процессе является значительным преимуществом, поскольку магнитные поля могут быть громоздкими и энергоемкими для генерации и поддержания.

Последствия этого исследования распространяются на различные области, включая квантовые вычисления и передовые сенсорные технологии. Контролируя поток киральных электронов, исследователи могут потенциально создавать более эффективные и надежные квантовые устройства.

Планируются дальнейшие исследования для изучения всего потенциала этого кирального фермионного клапана и для изучения его применимости к другим топологическим материалам. Команда считает, что это открытие может проложить путь к новому поколению электронных устройств, которые используют уникальные свойства киральных фермионов.