Una lámina de carbono de un átomo de espesor se coloca en un campo magnético intenso y se enfría hasta milésimas de grado por encima del cero absoluto. Un microscopio de microondas se desliza a lo largo del borde de la lámina y mide qué tan bien conduce electricidad ese borde. Con carga neutra, cuando hay igual número de electrones y huecos, el borde se comporta de manera distinta al centro de la lámina.
A medida que aumenta el campo magnético, la conductividad en el centro del grafeno cae a cero más rápido que en el borde. Los cálculos muestran que, en estas condiciones, en el grafeno surge una fase antiferromagnética "inclinada", donde los espines de los electrones se alinean de manera especial. Es precisamente esta fase la que crea en el borde una brecha energética —una zona prohibida para los electrones— distinta de la que existe en el volumen.
Para comparar, los investigadores midieron el borde del grafeno en estados con número cuántico de llenado entero, donde por el borde fluyen corrientes sin pérdidas. Allí el panorama es fundamentalmente distinto: el borde permanece conductor mientras en el volumen hay una brecha. La diferencia entre llenado cero y no cero se explica mediante modelado numérico y teoría.
Estas observaciones proporcionan una imagen microscópica completa de cómo los estados en el borde y en el volumen cambian cuando el nivel de Fermi se mueve a través del espectro único de niveles de Landau en el grafeno. Comprender estos bordes es importante para futuros dispositivos basados en estados topológicos y tecnologías cuánticas.
A temperaturas de unos pocos milikelvins, el movimiento térmico casi se detiene y se pueden observar efectos cuánticos que a temperatura ambiente quedan borrosos.