研究人员开发了一种新方法，利用某些材料独特的量子几何结构，根据电子的手性（一种与其自旋相关的属性）来分离电子。这项发表在《自然》杂志上的突破性成果，有望催生新型电子设备，无需磁场即可控制电子流动，从而可能提供更高效、更紧凑的技术。

该团队（其成员未在提供的摘要中提及）专注于一种名为钯镓 (PdGa) 的材料，这是一种拓扑半金属。这些材料具有独特的电子能带结构，其中包含手性费米子，即具有明确“手性”的粒子。传统上，操纵这些手性费米子需要强大的磁场或磁性掺杂，这可能耗费大量能量并限制设备应用。

相反，研究人员利用了 PdGa 电子能带的量子几何结构。这种固有属性导致手性费米子以“反常速度”移动，从而有效地将它们过滤成具有相反陈数的不同状态，陈数是一个与电子行为相关的拓扑量。通过量子干涉观察到这种手性电流的空间分离，证明了仅基于手性控制电子流动的能力。

该器件采用三臂几何结构制造，表现出非线性霍尔效应，这是一种电压与施加电流不成正比的现象。这种效应源于手性费米子的量子几何诱导反常速度，这些费米子在空间上分离到器件的外部臂中。这些相反的手性电流也携带符号相反的轨道磁化强度，进一步突出了新型自旋电子应用的可能性。

一位熟悉该研究的研究人员表示：“这项研究为设计利用量子层面材料固有属性的电子设备开辟了新途径。”由于未获授权公开发言，该研究人员要求匿名。“在没有磁场的情况下，基于手性控制电子流动的能力，可能会为各种应用带来更节能、更紧凑的设备。”

这项研究的意义扩展到自旋电子学（其中电子自旋用于携带信息）和量子计算（其中精确控制电子行为至关重要）等领域。手性费米子阀的开发可以实现新型晶体管、传感器和存储设备的创建。

研究人员的下一步工作包括探索其他具有类似量子几何特性的材料，并优化针对特定应用的器件设计。他们还计划研究扩大该技术以进行大规模生产的潜力。该团队认为，这种方法可以为新一代更高效、更通用、更环保的电子设备铺平道路。