במעבדה של אוניברסיטת טוהוקו הצליחו פיזיקאים לראשונה להכניע תופעה קוונטית יוצאת דופן לפקודותיו של זרם חשמלי. מדובר באפקט הול לא-ליניארי קוונטי-גיאומטרי — מצב שבו המתח בחומר גדל לא ביחס ישר לזרם, אלא לפי חוק מורכב יותר. עד כה היה מקובל לחשוב שאין אפשרות לשנות את ה"גיאומטריה" הזו של האלקטרונים מבחוץ, כשם שאין אפשרות לשרטט מחדש את מפת העיר בלי להרוס בתים.
החוקרים עבדו עם סרטים דקים של האנטיפרומגנט Mn₃Sn. בחומר זה הספינים של האטומים יוצרים מבנה מיוחד, הקשור קשר הדוק לגיאומטריה הקוונטית של האלקטרונים. בטמפרטורת החדר רשמו המדענים סדר שלישי של אפקט הול הלא-ליניארי: המתח הרוחבי נמצא פרופורציונלי לחזקה השלישית של הזרם. חישובים תיאורטיים אישרו — האפקט אכן נוצר על ידי הגיאומטריה הקוונטית, ולא על ידי מנגנונים קלאסיים רגילים.
השלב המכריע הוא המיתוג החשמלי. כאשר העבירו פולסי זרם קצרים דרך שכבה סמוכה של מתכת כבדה, נוצר מומנט ספין-מסלול שסובב את המבנה המגנטי של Mn₃Sn. יחד איתו השתנה גם הסימן של התגובה הלא-ליניארית. פולס חיובי — סימן אחד, שלילי — ההפוך. כך הפך המצב הקוונטי-גיאומטרי לראשונה לניתן לשליטה, כמו טרנזיסטור רגיל.
תארו לעצמכם נהר שאת אפיקו אפשר לעקם בן רגע בלחיצת כפתור קלה: המים מתחילים לזרום לא רק קדימה, אלא גם הצידה לפי חוק חדש. כך בדיוק מתנהגים האלקטרונים ב-Mn₃Sn תחת השפעת הזרם. האנלוגיה הזו עוזרת להבין מדוע האפקט נקרא לא-ליניארי: הפרופורציונליות המוכרת של "זרם — מתח" מופרת, וכך נפתחת הדרך לסוגים חדשים של עיבוד אותות.
התגלית מחברת בין גיאומטריה קוונטית, אלקטרוניקה לא-ליניארית וספינטרוניקה. במקום להתייחס לגיאומטריה הקוונטית כמאפיין בלתי משתנה של החומר, הראו המדענים כיצד אפשר לשנות אותה באמצעות זרם. הדבר פותח את הדרך להתקנים קומפקטיים — מרבבי תדרים ומיישרים — שיפעלו מהר יותר וחסכונית יותר הודות לעקרונות של זיכרון מגנטו-התנגדותי.
הניסוי בוצע על סרטים אפיטקסיאליים בטמפרטורת החדר ופורסם בכתב העת Newton. המחברים מדגישים: כעת אפשר לא רק לצפות, אלא גם לשנות באופן מכוון תגובות קוונטיות-גיאומטריות בזמן אמת.
העבודה מניחה את היסוד לאלקטרוניקה עתידית, שבה התכונות הקוונטיות של חומרים לא יהיו רק מושא למחקר, אלא כלי עבודה הנשלט על ידי זרם רגיל.
