Une feuille de carbone d'une épaisseur d'un seul atome est placée dans un champ magnétique intense et refroidie à quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu. Un microscope à micro-ondes glisse le long du bord de la feuille et mesure à quel point ce bord conduit l'électricité. À charge neutre, lorsque les électrons et les trous sont en nombre égal, le bord se comporte différemment du centre de la feuille.
Avec l'augmentation du champ magnétique, la conductivité au centre du graphène chute à zéro plus rapidement qu'au bord. Les calculs montrent que dans ces conditions, une phase antiferromagnétique « inclinée » apparaît dans le graphène, où les spins des électrons s'alignent d'une manière particulière. C'est elle qui crée au bord une lacune énergétique — une bande interdite pour les électrons — différente de celle du volume.
Pour comparaison, les chercheurs ont mesuré le bord du graphène dans des états à nombre quantique de remplissage entier, où des courants sans perte circulent le long du bord. Là, le tableau est fondamentalement différent : le bord reste conducteur tant qu'il y a une lacune dans le volume. La différence entre le remplissage nul et non nul s'explique par la modélisation numérique et la théorie.
Ces observations donnent une image microscopique complète de la façon dont les états au bord et dans le volume changent lorsque le niveau de Fermi se déplace à travers le spectre unique des niveaux de Landau dans le graphène. Comprendre de tels bords est important pour les futurs dispositifs basés sur les états topologiques et les technologies quantiques.
À une température de quelques millikelvins, le mouvement thermique est presque figé, et l'on peut observer des effets quantiques qui sont estompés à température ambiante.