轨道角动量单极子一直是理论界关注的焦点，因为它们为新兴的轨道电子学领域提供了巨大的实际优势，轨道电子学是传统电子学的潜在节能替代品。现在，通过结合稳健的理论和保罗谢尔研究所 (PSI) 瑞士光源 SLS 的实验，证明了它们的存在。这一发现发表在《自然物理学》杂志上。
电子技术利用电子的电荷来传输信息，而未来对环境影响较小的技术可能会利用电子的不同属性来处理信息。直到最近，自旋电子学一直是另一种“电子学”的主要竞争者。在这里，用于传输信息的属性是电子的自旋。
研究人员还在探索利用绕原子核旋转的电子的轨道角动量(OAM)的可能性：这是一个新兴领域，称为轨道电子学。该领域对存储设备有着巨大的前景，特别是因为可以用相对较小的电荷电流产生较大的磁化强度，从而实现节能设备。现在价值百万美元的问题是找到合适的材料来产生 OAM 流，这是轨道电子学的先决条件。
现在，由保罗谢尔研究所(PSI)和德国哈雷和德累斯顿马克斯普朗克研究所的科学家领导的国际研究小组表明，手性拓扑半金属(PSI 于 2019 年发现的一类新材料)所具有的特性使其成为产生 OAM 电流的非常实用的选择。
手性拓扑半金属：轨道电子学的直接解决方案
在寻找适合轨道电子学的材料方面，钛等传统材料已经取得了进展。然而，自五年前发现以来，手性拓扑半金属已成为一个有趣的竞争者。这些材料具有螺旋原子结构，这使其具有像 DNA 双螺旋一样的自然“手性”，并且可以自然地赋予它们 OAM 的图案或纹理，使其能够流动。
“这为其他材料提供了显著的优势，因为你不需要施加外部刺激来获得 OAM 纹理——它们是材料的固有属性，”PSI 科学计算、理论和数据中心的小组负责人、弗里堡大学物理学助理教授、共同领导这项最新研究的 Michael Schüler 解释说。“这可以更容易地创建稳定而高效的 OAM 电流，而无需特殊条件。”