L'effet Hall quantique fractionnaire (FQH) est un phénomène quantique exotique qui se produit lorsqu'un système électronique bidimensionnel est soumis à un champ magnétique puissant à de très basses températures. Dans cet effet, les électrons commencent à se comporter comme s’ils possédaient une fraction de la charge d’un électron, donnant lieu à une physique remarquable. Alors que les bords ont traditionnellement été considérés comme cruciaux pour réaliser l'effet FQH, en raison de leur rôle dans le confinement des électrons, des propositions théoriques récentes ont suggéré la possibilité de réaliser l'effet FQH même dans des systèmes sans bords. Une telle possibilité théorique est la formation de gouttelettes FQH dans la masse sans aucun bord, conduisant à une phase connue sous le nom de « phase FQH flottante ».

Ici, l'équipe, dirigée par le professeur Kenji Watanabe, le professeur Takashi Taniguchi et le professeur agrégé Makoto Koshino, a mené des expériences de transport à basse température sur une nouvelle classe de matériaux bidimensionnels, connus sous le nom de graphène bicouche torsadé. En étudiant les propriétés électroniques de ces matériaux sous des champs magnétiques élevés, l’équipe a réalisé une avancée importante. Ils ont découvert une phase isolante remarquable, qui présente une conductivité Hall quantifiée inattendue, caractéristique de l'effet FQH, mais sans présence de bords perceptibles.

L’équipe a également exclu d’autres explications pour la conductivité Hall quantifiée observée, y compris celles impliquant des isolants topologiques. Leurs résultats soutiennent fortement les prédictions théoriques de la phase FQH flottante, confirmant qu'en effet les bords ne sont pas nécessaires pour réaliser l'effet FQH.

Au-delà de son importance fondamentale, cette découverte a des implications potentielles pour le développement de nouveaux appareils électroniques. Les phases FQH sans bords offrent une nouvelle plate-forme pour explorer les excitations quantiques fractionnaires exotiques et peuvent potentiellement conduire au développement de nouveaux types de dispositifs électroniques, tels que les transistors à effet de champ et les structures quantiques à barres de Hall, sans compter sur les bords.

La recherche fournit des preuves convaincantes de l’effet FQH sans bords, ouvrant de nouvelles voies pour explorer les phénomènes quantiques fondamentaux et faire progresser notre compréhension de la physique de la matière condensée.

L'étude a été publiée dans la prestigieuse revue Nature.