Исследователи разработали новый метод разделения электронов на основе их киральности, свойства, связанного с их спином, без необходимости использования магнитных полей. Этот прорыв, подробно описанный в недавней публикации в журнале Nature, использует квантовую геометрию топологических зон в материале под названием галлид палладия (PdGa) для фильтрации фермионов, типа частиц, к которым относятся электроны, в отдельные состояния, поляризованные их числом Черна, топологической величиной.

Исследовательская группа, чьи имена и принадлежности были указаны в публикации Nature, продемонстрировала разделение токов с противоположными фермионными киральностями в реальном пространстве, наблюдая их квантовую интерференцию. Это было достигнуто с использованием устройств, изготовленных из монокристаллического PdGa в геометрии с тремя плечами. Уникальная геометрия материала индуцирует аномальные скорости в киральных фермионах, что приводит к нелинейному эффекту Холла.

Согласно исследованию, результирующие поперечные киральные токи, обладающие противоположными аномальными скоростями, пространственно разделяются во внешние плечи устройства. Эти киральные токи, существующие в противоположных состояниях числа Черна, также несут орбитальные намагниченности с противоположными знаками. Мезоскопическая фазовая когерентность этих токов позволяет наблюдать эффекты квантовой интерференции, что еще больше подтверждает разделение киральных фермионов.

Традиционные методы управления киральным фермионным транспортом в топологических системах часто полагаются на сильные магнитные поля или магнитные примеси. Эти методы используются для подавления нежелательного транспорта и создания дисбаланса в заполнении состояний с противоположными числами Черна. Новый подход обходит эти требования, используя присущую материалу квантовую геометрию.

Последствия этого исследования значительны для разработки новых электронных и спинтронных устройств. Предоставляя метод управления потоком киральных фермионов без магнитных полей, это открытие открывает двери для более энергоэффективных и компактных устройств. Будущие исследования, вероятно, будут сосредоточены на изучении других материалов с аналогичными квантовыми геометрическими свойствами и оптимизации конструкции устройств для конкретных применений.