研究人员开发了一种新方法，利用非磁性材料中拓扑能带的量子几何，根据电子的手性（一种与其自旋方向相关的属性）来分离电子。这项突破在最近的《自然》杂志上发表，它允许在空间上分离具有相反费米子手性的电流，并进行后续的量子干涉，所有这些都无需磁场或磁性掺杂剂，而这些通常是此类操作所必需的。

该研究团队的成员隶属于多个机构，他们使用由单晶PdGa制成的器件展示了这一现象，该器件被塑造成三臂几何形状。这种独特的设计利用了手性费米子的量子几何诱导反常速度，从而导致非线性霍尔效应。这种效应导致具有相反反常速度的横向手性电流在空间上分离到器件的外部臂中。

“[首席研究员姓名]”是[大学/机构]的[研究员职称]，他说：“这是一种控制电子流的全新方法。”“通过利用材料固有的量子特性，我们可以以以前只能通过强磁场才能实现的方式来操纵电子。”

这项发现的意义在于它有可能彻底改变电子和自旋电子器件。目前操纵手性费米子的方法通常依赖于高磁场，这既耗能又会限制器件的微型化。这种新方法提供了一种更有效和可扩展的替代方案。

拓扑半金属是本研究中使用的材料类别，它在拓扑能带交叉处容纳具有相反手性的费米子。近年来，这些材料因其独特的电子特性而备受关注。该团队的创新之处在于他们能够利用这些材料的量子几何，通过手性将费米子过滤到不同的陈数极化态中。陈数是一个拓扑不变量，用于表征电子能带结构。

空间分离的手性电流也带有符号相反的轨道磁化强度，从而增加了另一层控制和潜在应用。该团队观察到这些手性电流的中尺度相位相干性，进一步证实了他们方法的有效性。

“[合作者姓名]”是[大学/机构]的[合作者职称]，他解释说：“无需磁场即可分离和控制手性电流的能力为新型电子器件开辟了令人兴奋的可能性。”“我们设想在量子计算、自旋电子学和传感器等领域中的应用。”

研究人员目前正在努力优化器件设计，并探索具有类似量子几何特性的其他材料。他们认为，这种方法可以扩展到其他拓扑材料，从而为基于量子几何的新一代电子器件铺平道路。接下来的步骤包括进一步研究材料特性和器件优化，以提高性能并探索潜在应用。