研究人员开发了一种新方法，利用拓扑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性质）来分离电子。这项突破在最近的《自然》杂志上发表，它允许在不需要磁场的情况下，对具有相反手性的电流进行空间分离，从而有可能彻底改变电子设备的设计。

该团队的成员隶属于多个机构，他们使用由单晶钯镓 (PdGa) 制成的三臂几何设备展示了这一现象。他们观察到，材料电子能带的量子几何结构会在手性费米子中诱导异常速度，从而导致非线性霍尔效应。这种效应将具有相反异常速度的横向手性电流在空间上分离到设备的外部臂中。

“[首席研究员姓名]”是“[机构名称]”的“[研究员职称]”，他说：“这是一种全新的操控电子的方式。通过利用材料固有的量子几何结构，我们可以按手性过滤电子，从而为新型电子设备开辟可能性。”

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。传统上，操纵手性费米子传输需要强磁场或磁性掺杂，以抑制不需要的传输，并在具有相反陈数的态的占据中产生不平衡。这种新方法通过利用拓扑能带的量子几何结构，将费米子按手性过滤到不同的陈数极化态，从而绕过了这一要求。

这项研究的意义在于它有潜力创造更高效、更紧凑的电子设备。手性电流的空间分离可能会导致新型传感器、自旋电子器件和量子计算组件的开发。此外，无需磁场简化了器件制造并降低了能耗。

该团队的研究成果建立在先前对拓扑材料中异常速度的研究之上。这些速度由电子能带的量子几何结构引起，导致电子在受到电场作用时以意想不到的方向移动。通过仔细设计器件几何结构和材料成分，研究人员能够利用这些异常速度来分离手性电流。

这些手性电流在相反陈数态中的介观相位相干性也带有符号相反的轨道磁化强度。这为系统增加了另一层复杂性和潜在功能。

未来的研究将侧重于探索具有类似量子几何特性的其他材料，并优化针对特定应用的器件设计。该团队还计划研究使用该技术创建新型量子传感器和计算设备的潜力。