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

Команда, чья работа сосредоточена на физике конденсированного состояния и электронных устройствах, достигла этого, используя трехплечевое устройство, изготовленное из монокристаллического PdGa. Этот материал демонстрирует уникальные, 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 принципиально новый способ управления потоком электронов», — пояснил [Имя ведущего исследователя, если доступно, иначе используйте "один из исследователей, участвовавших в исследовании"]. «Используя квантовую геометрию материала, мы можем фильтровать электроны по их киральности и направлять их в разные места».

Традиционные методы управления киральным фермионным транспортом часто полагаются на сильные магнитные поля или магнитные добавки для подавления нежелательного транспорта и создания дисбаланса в заполнении состояний с противоположными числами Черна, топологическим инвариантом. Этот новый подход устраняет необходимость в этих внешних воздействиях, предлагая более эффективное и потенциально миниатюризируемое решение.

Значимость этого исследования заключается в его потенциальных применениях для спинтроники, области, которая использует спин электронов, а не их заряд, для передачи информации. Возможность разделения электронов с противоположными спинами может привести к разработке новых типов электронных устройств с повышенной производительностью и сниженным энергопотреблением. Кроме того, пространственно разделенные киральные токи также несут орбитальные намагниченности с противоположными знаками, открывая возможности для новых магнитных устройств.

Топологические полуметаллы, класс материалов, используемых в этом эксперименте, характеризуются уникальными электронными зонными структурами с топологическими зонными пересечениями, где находятся фермионы с противоположными киральностями. Эти материалы привлекли значительное внимание в последние годы из-за их потенциала для реализации новых электронных и спинтронных явлений.

Команда планирует продолжить изучение свойств этих киральных токов и изучить их потенциал для создания новых типов электронных устройств. Они также стремятся выявить другие материалы, которые демонстрируют аналогичные квантовые геометрические свойства, что потенциально расширит спектр применения этой технологии. Исследование было поддержано [Источники финансирования, если доступны].