L'effetto Hall quantistico frazionario (FQH) è un fenomeno quantistico esotico che si verifica quando un sistema elettronico bidimensionale è sottoposto a un forte campo magnetico a temperature molto basse. In questo effetto, gli elettroni iniziano a comportarsi come se avessero una frazione della carica di un elettrone, dando origine a una fisica straordinaria. Mentre i bordi sono stati tradizionalmente considerati cruciali per realizzare l’effetto FQH, a causa del loro ruolo nel confinare gli elettroni, recenti proposte teoriche hanno suggerito la possibilità di realizzare l’effetto FQH anche in sistemi privi di bordi. Una di queste possibilità teoriche è la formazione di goccioline FQH nella massa senza bordi, che portano a una fase nota come "fase FQH fluttuante".

Qui, il team, guidato dal professor Kenji Watanabe, dal professor Takashi Taniguchi e dal professore associato Makoto Koshino, ha condotto esperimenti di trasporto a bassa temperatura su una nuova classe di materiali bidimensionali, noti come grafene a doppio strato ritorto. Studiando le proprietà elettroniche di questi materiali in condizioni di campi magnetici elevati, il team ha compiuto un importante passo avanti. Hanno scoperto una notevole fase isolante, che mostra un'inaspettata conduttività Hall quantizzata, caratteristica dell'effetto FQH, ma senza la presenza di bordi distinguibili.

Il team ha anche escluso spiegazioni alternative per la conduttività Hall quantizzata osservata, comprese quelle che coinvolgono isolanti topologici. I loro risultati supportano fortemente le previsioni teoriche della fase FQH fluttuante, confermando che in effetti i bordi non sono necessari per realizzare l'effetto FQH.

Al di là del suo significato fondamentale, la scoperta ha potenziali implicazioni per lo sviluppo di nuovi dispositivi elettronici. Le fasi FQH senza bordi offrono una nuova piattaforma per esplorare le eccitazioni quantistiche frazionarie esotiche e possono potenzialmente portare allo sviluppo di nuovi tipi di dispositivi elettronici, come transistor ad effetto di campo e strutture a barra di Hall quantistica, senza fare affidamento sui bordi.

La ricerca fornisce prove convincenti dell’effetto FQH senza bordi, aprendo nuove strade per esplorare i fenomeni quantistici fondamentali e facendo avanzare la nostra comprensione della fisica della materia condensata.

Lo studio è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature.