一项发表在《自然》杂志上的新研究表明，研究人员开发出一种基于某些材料独特的量子几何学来分离电子的新方法，这种方法基于电子的手性（一种与其自旋相关的属性）。这项突破无需磁场即可实现，有望推动电子设备和自旋电子学的发展。

该团队（其成员未在原始材料中提及）专注于一种名为钯镓 (PdGa) 的材料，这是一种拓扑半金属，含有手性费米子，即具有确定手性的粒子。这些费米子存在于材料电子能带交叉的点上，具有相反的手性。传统上，操纵这些手性费米子需要强磁场或磁性掺杂，以在具有不同陈数（一种拓扑性质）的状态的占据率中产生不平衡。

然而，这项新的研究利用 PdGa 电子能带的量子几何学，通过手性将费米子过滤到不同的陈数极化态中。这允许具有相反费米子手性的电流在空间上分离，研究人员通过在没有任何磁场的情况下观察它们的量子干涉来证明了这一现象。

研究人员用单晶 PdGa 制造了三臂几何形状的器件。这些器件表现出量子几何学诱导的手性费米子反常速度，从而产生非线性霍尔效应。具有相反反常速度的横向手性电流因此在空间上分离到器件的外部臂中。这些在相反陈数态中的手性电流也携带具有相反符号的轨道磁化。

“这是一种控制手性费米子的全新方法，”该研究的一位主要研究人员（未在原始材料中提及）说。“通过使用材料的量子几何学，我们可以分离这些粒子，而无需外部磁场。”

这项发现对新型电子和自旋电子器件的开发具有重要意义。自旋电子学利用电子的自旋而不是电荷，有望实现更快、更节能的电子产品。无需磁场即可操纵手性费米子的能力可能会促成更小、更高效的自旋电子器件。

像 PdGa 这样的拓扑半金属是具有独特电子特性的材料，这些特性源于其能带结构拓扑。近年来，由于它们在新型电子设备方面的潜力，这些材料引起了极大的关注。这些材料的量子几何学（描述电子能带的形状和曲率）现在正成为控制其电子特性的关键因素。

研究人员计划进一步研究这些手性电流的特性，并探索它们在各种电子设备中的潜在应用。他们还希望找到其他具有类似量子几何特性的材料，这些材料可用于操纵手性费米子。