Тончайший лист углерода толщиной в один атом помещают в сильное магнитное поле и охлаждают до тысячных долей градуса выше абсолютного нуля. Микроволновый микроскоп скользит вдоль кромки листа и измеряет, насколько хорошо этот край проводит электричество. При нейтральном заряде, когда электронов и дырок поровну, край ведёт себя не так, как середина листа.
С ростом магнитного поля проводимость в центре графена падает до нуля быстрее, чем на краю. Расчёты показывают: в этих условиях в графене возникает «наклонная» антиферромагнитная фаза, где спины электронов выстраиваются особым образом. Именно она создаёт на краю энергетическую щель — запрещённую зону для электронов — отличную от той, что в объёме.
Для сравнения исследователи измерили край графена в состояниях с целым квантовым числом заполнения, где по краю текут токи без потерь. Там картина принципиально иная: край остаётся проводящим, пока в объёме есть щель. Разница между нулевым и ненулевым заполнением объясняется численным моделированием и теорией.
Эти наблюдения дают полную микроскопическую картину того, как состояния на краю и в объёме меняются при движении уровня Ферми через уникальный спектр уровней Ландау в графене. Понимание таких краёв важно для будущих устройств на основе топологических состояний и квантовых технологий.
При температуре в несколько милликельвинов тепловое движение почти замирает, и можно увидеть квантовые эффекты, которые при комнатной температуре смазаны.