研究透視：拓?fù)浒虢饘貾dGa-手性費米子閥，量子幾何 | Nature

多重拓?fù)浒虢饘伲谕負(fù)淠軒Ы徊纥c處存在手性相反的費米子。拓?fù)潴w系中的手性費米子輸運，通常取決于強磁場或磁性摻雜劑，以抑制平凡輸運，并在相反陳數(shù)態(tài)的占據(jù)數(shù)中產(chǎn)生不平衡。

近日，馬普微結(jié)構(gòu)物理研究所Anvesh Dixit，Claudia Felser & Stuart S. P. Parkin等在Nature上發(fā)文，利用拓?fù)淠軒У牧孔訋缀翁匦?，按手性將費米子篩選至不同的陳數(shù)極化態(tài)。

這一方法可實現(xiàn)相反手性費米子電流的實空間分離，已在無外磁場條件下，通過觀測量子干涉效應(yīng)驗證了該現(xiàn)象?；趩尉рZ鎵（PdGa）制備的三臂結(jié)構(gòu)器件，展現(xiàn)出了量子幾何誘導(dǎo)的手性費米子反常速度，從而表現(xiàn)出了非線性霍爾效應(yīng)。

因此，所產(chǎn)生的具有相反反常速度的橫向手性電流，在空間上分離至器件的外側(cè)臂中。這些處于相反陳數(shù)態(tài)的手性電流，還攜帶符號相反的軌道磁化強度。這些手性電流的介觀相位相干性，促進(jìn)了馬赫-曾德爾干涉儀中的量子干涉。

該項研究，構(gòu)建了一種手性費米子閥，具有三大核心特性：利用量子幾何，將手性費米子空間分離至陳數(shù)極化態(tài)；實現(xiàn)可調(diào)的電流誘導(dǎo)磁化；以及利用電場和磁場，實現(xiàn)手性準(zhǔn)粒子的可控量子干涉提供平臺。為未來低功耗拓?fù)潆娮訉W(xué)、量子計算與手性電子器件提供了解決方案。

A chiral fermionic valve driven by quantum geometry.

量子幾何驅(qū)動的手性費米子閥。

圖1: 多重拓?fù)浒虢饘兮Z鎵PdGa。

圖2: 基于非線性霍爾效應(yīng)nonlinear Hall effect，NLH效應(yīng)，從平凡電荷中過濾手征費米子。

圖3: 電場誘導(dǎo)軌道角動量orbital angular momentum，OAM的量子度量。

圖4: 手性費米子電流攜帶軌道磁化。

圖5:手性電流的量子干涉。

科普解讀：這種特殊材料PdGa能像交通分流器一樣，把不同“旋轉(zhuǎn)方向”的電子分到不同路徑。同時具有手性結(jié)構(gòu)，電子在內(nèi)部運動時，會表現(xiàn)出左右不同的“手性”。還設(shè)計了三叉形微器件，通過施加電流，利用電子波函數(shù)的量子幾何性質(zhì)，讓左旋和右旋的電子自動分開，向左走和向右走，形成“手性電流”。這些分開的電子流還能像光波一樣互相干涉，展現(xiàn)出量子特性。

文獻(xiàn)鏈接

Dixit, A., Sivakumar, P.K., Manna, K. et al. A chiral fermionic valve driven by quantum geometry. Nature649, 47–52 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09864-5

本文譯自Nature。

來源：今日新材料

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