نوع جدیدی از جرم کوانتومی شناسایی شده است که می‌تواند حوزه نوظهور اوربیترونیک را منقلب کند. اوربیترونیک از حالت‌های کوانتومی چرخشی الکترون‌ها برای تشکیل دستگاه‌های محاسباتی نسل بعدی منفعت گیری می‌کند که سریع تر و کارآمدتر می باشند و مصرف انرژی آنها زیاد پایین‌تر است.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، اوربیترونیک به گفتن یک جانشین بالقوه برای الکترونیک سنتی در نظر گرفته می‌شود که در آن، داده‌ها با کنترل جریان‌های الکتریکی در ترانزیستورها ذخیره، منتقل و تنظیم خواهد شد. اگرچه اندازه ترانزیستور به مقیاس اتمی نزدیک می‌شود تا اجزای بیشتری را در یک سیستم رایانه‌ای جا دهد اما در نهایت محدودیتی وجود خواهد داشت که نمی‌گذارد ترانزیستور کوچک‌تر شود.

از نظر دیگر، اوربیترونیک با رمزگذاری اطلاعات در حرکت چرخشی الکترون‌ها زمان حرکت در اطراف هسته خود، یک جانشین امیدوارکننده را اراعه می‌دهد. با وجود این، دستیابی به این مقصد در عمل دشوار است. در زیاد تر مواد، الکترون‌ها به دور هسته‌های خود در جهت ناموافق می‌چرخند و تکانه زاویه‌ای مداری جمعی آنها را خنثی می‌کنند. حتی وقتی که میدان‌های الکترومغناطیسی برای تشکیل تکانه مداری خالص اعمال خواهد شد، الگوهای حاصل طبق معمول ناپایدار می باشند و کنترل آنها چالش‌برانگیز است.

چیزی که در این بین وجود ندارد، یک پیکربندی قوی و پایدار است که به گفتن «تک‌قطبی تکانه زاویه‌ای مداری» شناخته می‌شود و یک پیکربندی متشکل از چندین الکترون پیش‌بینی شده که می‌تواند ذخیره‌سازی و پردازش داده‌های مداری را مقدور و عملی کند.

مواد مورد منفعت گیری در این پژوهش، متعلق به گروهی از مواد شناخته‌شده به گفتن «نیمه‌فلزات توپولوژیکی کایرال» می باشند که ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند و این ویژگی‌ها آنها را به مواد امیدوارکننده‌ای برای کاربردهای اوربیترونیک تبدیل می‌کند.

مواد کایرال فاقد تقارن آینه‌ای می باشند؛ به این معنی که ساختار آنها به طور طبیعی یک‌دست است و بر حرکت ذرات درون آنها تأثیر می‌گذارد. مواد توپولوژیکی دارای ویژگی‌های الکترونیکی می باشند که انعطاف آنها را در برابر اختلالات رخ‌داده در حالت مواد همانند ورود ناخالصی‌ها یا تأثیرات اعمال‌شده بر مواد توسط محیط افزایش می‌دهد.

ترکیب کایرال و حفاظت توپولوژیکی که در هر دو ماده مورد منفعت گیری در این پژوهش رخ می‌دهد، آنها را به گزینه‌های ایده‌آل برای مطالعه حالت‌های کوانتومی شگفت تبدیل می‌کند.

«مایکل شولر»(Michael Schüler) سرپرست گروه «مرکز محاسبات علمی، نظریه و داده» در «موسسه پل شرر»(PSI) واقع در سوئیس و دانشیار فیزیک «دانشگاه فریبورگ»(University of Fribourg) او گفت: این یک مزیت قابل دقت برای مواد است چون برای به دست آوردن بافت‌ها نیازی به اعمال محرک‌های بیرونی وجود ندارد. آنها ویژگی ذاتی ماده می باشند. این ویژگی می‌تواند تشکیل جریان‌های پایدار و کارآمد را بدون نیاز به شرایط خاص آسان‌تر کند.

علاوه بر این، پژوهش تئوری می‌تواند انواع کاملا جدیدی را از پیکربندی‌های الکترون نشان دهد که قابلیت‌های اوربیترونیک را تحکیم می‌کنند. این حالت‌های الکترونی مکان‌سازی‌نشده می‌توانند کنترل بی‌سابقه‌ای را بر ذخیره‌سازی و انتقال اطلاعات فراهم آورند و ما را به یک تحول در فناوری محاسباتی نزدیک‌تر کنند.

این پژوهش در مجله «Nature Physics» به چاپ رسید.