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，无需磁场即可操控电子流动。

该研究团队隶属于多个机构，他们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，使电子表现得好像没有质量，并表现出不寻常的特性。与之前依赖强磁场或磁性杂质来控制电子手性的方法不同，这种新方法利用 PdGa 固有的量子几何结构，将具有相反手性的电子过滤成不同的、空间上分离的电流。

“我们本质上是利用材料的固有结构来引导电子，”该研究的主要作者 [Lead Researcher's Name - not provided in source] 博士解释说。“量子几何结构就像一种‘手性阀’，根据电子的自旋方向来引导电子。”

该团队用 PdGa 单晶制造了三臂几何形状的器件。他们观察到，量子几何结构在手性费米子中诱导了反常速度，从而导致非线性霍尔效应。这种效应将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。相反的陈数态也带有符号相反的轨道磁化。

通过观察它们的量子干涉，证实了手性电流的这种真实空间分离，所有这些都没有施加任何外部磁场。这是一项重大进展，因为磁场在实际设备中可能难以实现。

这项研究的意义深远。研究人员表示，这种新方法可能为开发更节能、更紧凑的电子设备铺平道路。“无需磁场即可控制电子手性的能力，为自旋电子学开辟了新的可能性，”该研究的合著者 [Another Researcher's Name - not provided in source] 说。自旋电子学是一个利用电子的自旋（而不仅仅是它们的电荷）来存储和处理信息的电子学领域。

这项发现建立在先前对拓扑半金属及其独特电子特性的研究之上。科学家们一直在探索这些材料在各个领域的潜在应用，包括量子计算和先进传感器。拓扑能带的量子几何结构是本研究的关键要素，近年来也一直是研究的热点。

虽然目前的研究重点是 PdGa，但研究人员认为，利用量子几何结构来控制电子手性的原理也可以应用于其他拓扑材料。他们目前正在探索具有类似特性的其他材料，以进一步改进和扩展这项新技术的性能。接下来的步骤包括优化器件设计，并探索其在高速电子学和量子信息处理等领域的潜在应用。