量子几何驱动的“手性电子开关”

拓扑态中的手性费米子对自旋和轨道角动量的高效输运至关重要，在量子干涉仪等电子器件中作用显著，与超导体或磁体结合还可能用于量子计算和低温存储器。但实现其介观相干输运面临挑战：拓扑金属中平庸态电子的共输运会干扰拓扑态，且时间反演对称性下相反陈数拓扑态的贡献抵消，导致手性费米子线性电响应为零，通常需强磁场或磁性掺杂来分离，限制了应用。而本研究借助量子几何，无需磁场即可过滤拓扑与平庸态电荷输运，并使相反手性电流共存。
量子几何是拓扑与平庸能带的区别特征，其张量由量子度量（g）和贝里曲率（F）组成。多重拓扑半金属（如PdGa）因晶体手性具有电子手性，其Γ和R点的拓扑费米口袋有相反陈数，承载不同自旋的手性费米子，是大陈数轨道角动量单极子的源和汇。
研究通过三臂PdGa器件，利用非线性霍尔效应（NLH）实现手性分离。量子几何诱导的反常速度使Γ点费米子偏向右臂，R点费米子偏向左臂，平庸态费米子则入中臂。实验中，电流超过55μA阈值后，左右臂出现符号相反的三阶电压响应（V_3ω），同时一阶响应开始二次增长，表明拓扑态手性电流的产生。二阶电压响应（V_2ω）的符号相反则证实Γ和R费米口袋的量子度量g符号相反。
手性电流优先占据相反陈数拓扑态，携带相反极性的轨道磁化强度。通过旋转磁场发现，右臂（Γ点）响应呈四重对称，左臂（R点）呈三重对称，印证了不同费米口袋的贡献。马赫 - 曾德尔干涉仪中，手性电流的量子干涉振荡证明其长程相位相干性，磁场扫描方向反转时振荡相位移动π，显示电感性。
综上，本研究提出手性费米子阀概念：利用量子几何过滤拓扑态手性费米子，实现其空间分离、电流诱导磁化调控及量子干涉，为低功耗拓扑电子学和量子器件开辟新路径。