O efeito Hall quântico fracionário (FQH) é um fenômeno quântico exótico que ocorre quando um sistema eletrônico bidimensional é submetido a um forte campo magnético em temperaturas muito baixas. Nesse efeito, os elétrons passam a se comportar como se tivessem uma fração da carga de um elétron, dando origem a uma física notável. Embora as arestas tenham sido tradicionalmente consideradas cruciais para a realização do efeito FQH, devido ao seu papel no confinamento dos elétrons, propostas teóricas recentes sugeriram a possibilidade de realizar o efeito FQH mesmo em sistemas sem arestas. Uma dessas possibilidades teóricas é a formação de gotículas de FQH no volume sem bordas, levando a uma fase conhecida como "fase FQH flutuante".

Aqui, a equipe, liderada pelo professor Kenji Watanabe, pelo professor Takashi Taniguchi e pelo professor associado Makoto Koshino, conduziu experimentos de transporte de baixa temperatura em uma nova classe de materiais bidimensionais, conhecida como grafeno de bicamada torcida. Ao estudar as propriedades eletrônicas desses materiais sob campos magnéticos elevados, a equipe fez um avanço importante. Eles descobriram uma fase isolante notável, que exibe uma condutividade Hall quantizada inesperada, característica do efeito FQH, mas sem a presença de quaisquer bordas discerníveis.

A equipe também descartou explicações alternativas para a condutividade Hall quantizada observada, incluindo aquelas envolvendo isoladores topológicos. Seus resultados apoiam fortemente as previsões teóricas da fase FQH flutuante, confirmando que de fato as arestas não são necessárias para a realização do efeito FQH.

Além do seu significado fundamental, a descoberta tem implicações potenciais para o desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos. As fases FQH sem bordas oferecem uma nova plataforma para explorar excitações quânticas fracionárias exóticas e podem potencialmente levar ao desenvolvimento de novos tipos de dispositivos eletrônicos, como transistores de efeito de campo e estruturas quânticas de barras Hall, sem depender de bordas.

A pesquisa fornece evidências convincentes do efeito FQH sem bordas, abrindo novos caminhos para a exploração de fenômenos quânticos fundamentais e avançando nossa compreensão da física da matéria condensada.

O estudo foi publicado na prestigiosa revista Nature.