Effekten av fraktionerad kvant Hall (FQH) är ett exotiskt kvantfenomen som uppstår när ett tvådimensionellt elektronsystem utsätts för ett starkt magnetfält vid mycket låga temperaturer. I denna effekt börjar elektronerna bete sig som om de hade en bråkdel av laddningen av en elektron, vilket ger upphov till anmärkningsvärd fysik. Medan kanter traditionellt sett har ansetts vara avgörande för att realisera FQH-effekten, på grund av deras roll i att begränsa elektronerna, har nya teoretiska förslag föreslagit möjligheten att realisera FQH-effekten även i kantfria system. En sådan teoretisk möjlighet är bildandet av FQH-droppar i bulken utan några kanter, vilket leder till en fas känd som den "flytande FQH-fasen".

Här genomförde teamet, ledd av professor Kenji Watanabe, professor Takashi Taniguchi och docent Makoto Koshino, lågtemperaturtransportexperiment på en ny klass av tvådimensionella material, känd som vriden dubbelskiktsgrafen. Genom att studera de elektroniska egenskaperna hos dessa material under höga magnetfält gjorde teamet ett viktigt genombrott. De upptäckte en anmärkningsvärd isoleringsfas, som uppvisar en oväntad kvantifierad Hall-konduktivitet, karakteristisk för FQH-effekten, men utan närvaron av några urskiljbara kanter.

Teamet uteslöt också alternativa förklaringar för den observerade kvantiserade Hall-konduktiviteten, inklusive de som involverar topologiska isolatorer. Deras resultat stöder starkt de teoretiska förutsägelserna av den flytande FQH-fasen, vilket bekräftar att kanter verkligen inte är nödvändiga för att realisera FQH-effekten.

Utöver dess grundläggande betydelse har upptäckten potentiella konsekvenser för utvecklingen av nya elektroniska enheter. Kantfria FQH-faser erbjuder en ny plattform för att utforska exotiska fraktionerade kvantexcitationer och kan potentiellt leda till utvecklingen av nya typer av elektroniska enheter, såsom fälteffekttransistorer och kvanthallar-strukturer, utan att förlita sig på kanter.

Forskningen ger övertygande bevis för den kantfria FQH-effekten, öppnar nya vägar för att utforska grundläggande kvantfenomen och främja vår förståelse av den kondenserade materiens fysik.

Studien publicerades i den prestigefyllda tidskriften Nature.