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 фермионными киральностями без необходимости использования магнитных полей, что является распространенным требованием в предыдущих подходах.

Команда достигла этого, изготовив устройства из монокристаллического PdGa в трехоружейной геометрии. Конкретное расположение использует индуцированные квантовой геометрией аномальные скорости киральных фермионов, что приводит к нелинейному эффекту Холла. Этот эффект пространственно разделяет поперечные киральные токи с противоположными аномальными скоростями во внешние плечи устройства. Эти киральные токи, существующие в противоположных состояниях числа Черна, также несут орбитальные намагниченности с противоположными знаками.

«Это совершенно новый способ управления потоком электронов», — сказал [Имя ведущего исследователя], [Должность исследователя] в [Название учреждения]. «Используя внутренние квантовые свойства материала, мы можем фильтровать электроны на основе их киральности и направлять их в разные места».

Значимость этого исследования заключается в его потенциале революционизировать электронные и спинтронные устройства. Традиционные методы манипулирования киральными фермионами часто полагаются на сильные магнитные поля или магнитные добавки, что может быть энергоемким и вызывать нежелательные эффекты. Этот новый подход предлагает более эффективный и точный способ управления потоком электронов, что потенциально может привести к созданию более мелких, быстрых и энергоэффективных устройств.

Топологические полуметаллы, класс материалов, используемых в этом эксперименте, содержат фермионы с противоположными киральностями в топологических точках пересечения зон. Эти материалы привлекли значительное внимание в последние годы благодаря своим уникальным электронным свойствам и потенциалу для технологических применений. Квантовая геометрия этих материалов, концепция, описывающая форму и кривизну электронных волновых функций, играет решающую роль в наблюдаемом эффекте.

Команда наблюдала картины квантовой интерференции, подтверждающие разделение в реальном пространстве токов с противоположными фермионными киральностями. Это наблюдение предоставляет прямое доказательство эффективности их метода.

«Возможность разделять киральные токи без магнитных полей открывает захватывающие возможности для новых типов электронных устройств», — пояснил [Имя соавтора], [Должность соавтора] в [Название учреждения соавтора]. «Мы видим применение в таких областях, как квантовые вычисления, спинтроника и датчики».

В настоящее время исследователи работают над оптимизацией конструкции устройства и изучают другие материалы с аналогичными топологическими свойствами. Они считают, что этот подход можно распространить на другие топологические материалы, открывая путь для нового поколения киральных электронных устройств. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на понимании ограничений этого метода и изучении его потенциала для интеграции в существующие электронные технологии.