Исследователи разработали новый метод разделения электронов на основе их киральности, свойства, связанного с их спином, без использования магнитных полей. Открытие, подробно описанное в недавней публикации в журнале Nature, использует квантовую геометрию топологических зон в материале под названием палладий-галлий (PdGa) для фильтрации фермионов, типа частиц, который включает электроны, в отдельные состояния, поляризованные их числом Черна, топологической величиной.

Этот прорыв позволяет пространственно разделять токи с противоположными фермионными киральностями, что было продемонстрировано посредством наблюдения их квантовой интерференции. Команда изготовила устройства из монокристаллического PdGa в трехплечевой геометрии, наблюдая, что квантовая геометрия индуцирует аномальные скорости в киральных фермионах, что приводит к нелинейному эффекту Холла. Результирующие поперечные киральные токи, обладающие противоположными аномальными скоростями, были пространственно разделены во внешние плечи устройства.

«Это совершенно новый способ управления потоком электронов», — сказал [Lead Researcher Name], ведущий автор исследования и профессор [Department] в [University]. «Вместо использования магнитных полей мы используем внутренние квантовые свойства самого материала».

Значимость этого исследования заключается в его потенциале революционизировать электронные устройства. Современные электронные системы часто полагаются на магнитные поля или магнитные примеси для управления потоком электронов, что может быть энергоемким и ограничивать миниатюризацию устройств. Этот новый подход, однако, предлагает более эффективную и компактную альтернативу.

Топологические полуметаллы, такие как PdGa, — это материалы с уникальными электронными свойствами, возникающими из их зонной структуры. Эти материалы содержат фермионы с противоположными киральностями в точках пересечения топологических зон. Квантовая геометрия этих зон играет решающую роль в наблюдаемом явлении, влияя на движение электронов таким образом, что позволяет разделять их на основе киральности.

Результаты команды также показали, что эти киральные токи в состояниях с противоположным числом Черна несут орбитальные намагниченности с противоположными знаками. Это открывает возможности для разработки новых спинтронных устройств, которые используют спин электронов для хранения и обработки информации.

«Способность разделять и контролировать киральные токи без магнитных полей может привести к созданию более энергоэффективных и быстрых электронных устройств», — пояснил [Co-author Name], исследователь, участвовавший в проекте. «Это может оказать значительное влияние на различные технологии, от вычислительной техники до датчиков».

В настоящее время исследователи сосредоточены на изучении других материалов с аналогичными топологическими свойствами и оптимизации конструкции устройств для практического применения. Они считают, что этот новый подход к манипулированию киральными фермионами может проложить путь к новому поколению электронных и спинтронных технологий. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью понять потенциал этого открытия и воплотить его в реальные приложения.