Τα πειράματα δείχνουν ότι οι άκρες δεν χρειάζονται για να πραγματοποιήσουν ένα ασυνήθιστο κβαντικό αποτέλεσμα

Η επίδραση της κλασματικής κβαντικής αίθουσας (FQH) είναι ένα εξωτικό κβαντικό φαινόμενο που συμβαίνει όταν ένα δισδιάστατο σύστημα ηλεκτρονίων υποβάλλεται σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Από το σκοπό αυτό, τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να συμπεριφέρονται σαν να έχουν ένα κλάσμα του φορτίου ενός ηλεκτρονίου, δημιουργώντας αξιοσημείωτη φυσική. Ενώ τα άκρα έχουν παραδοσιακά θεωρηθεί κρίσιμα για την πραγματοποίηση του αποτελέσματος FQH, λόγω του ρόλου τους στον περιορισμό των ηλεκτρονίων, οι πρόσφατες θεωρητικές προτάσεις πρότειναν τη δυνατότητα να πραγματοποιηθεί η επίδραση FQH ακόμη και σε συστήματα χωρίς άκρα. Μία τέτοια θεωρητική πιθανότητα είναι ο σχηματισμός σταγονιδίων FQH στο χύμα χωρίς άκρα, οδηγώντας σε μια φάση γνωστή ως "πλωτή φάση FQH".

Εδώ, η ομάδα, με επικεφαλής τον καθηγητή Kenji Watanabe, τον καθηγητή Takashi Taniguchi και τον αναπληρωτή καθηγητή Makoto Koshino, διεξήγαγε πειράματα μεταφοράς χαμηλής θερμοκρασίας σε μια νέα κατηγορία δισδιάστατων υλικών, γνωστά ως στριμμένο διπλοστοδεμένο γραφένιο. Μελετώντας τις ηλεκτρονικές ιδιότητες αυτών των υλικών κάτω από υψηλά μαγνητικά πεδία, η ομάδα έκανε μια σημαντική ανακάλυψη. Ανακάλυψαν μια αξιοσημείωτη μονωτική φάση, η οποία παρουσιάζει μια απροσδόκητη κβαντισμένη αγωγιμότητα της αίθουσας, χαρακτηριστική του αποτελέσματος FQH, αλλά χωρίς την παρουσία οποιωνδήποτε διακριτών άκρων.

Η ομάδα απέκλεισε επίσης εναλλακτικές εξηγήσεις για την παρατηρούμενη κβαντισμένη αγωγιμότητα της αίθουσας, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που αφορούν τοπολογικούς μονωτήρες. Τα αποτελέσματά τους υποστηρίζουν έντονα τις θεωρητικές προβλέψεις της πλωτής φάσης FQH, επιβεβαιώνοντας ότι πράγματι δεν είναι απαραίτητες για την πραγματοποίηση του αποτελέσματος FQH.

Πέρα από τη θεμελιώδη σημασία της, η ανακάλυψη έχει πιθανές επιπτώσεις στην ανάπτυξη νέων ηλεκτρονικών συσκευών. Οι φάσεις FQH χωρίς άκρα προσφέρουν μια νέα πλατφόρμα για την εξερεύνηση εξωτικών κλασματικών κβαντικών διεγέρσεων και μπορεί ενδεχομένως να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων τύπων ηλεκτρονικών συσκευών, όπως τα τρανζίστορ πεδίου και οι δομές της κβαντικής αίθουσας, χωρίς να βασίζονται στις άκρες.

Η έρευνα παρέχει συναρπαστικά στοιχεία για το φαινόμενο FQH χωρίς άκρα, ανοίγοντας νέες οδούς για την εξερεύνηση των θεμελιωδών κβαντικών φαινομένων και την προώθηση της κατανόησης της φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο διάσημο περιοδικό Nature.