Une équipe de l’EPFL a franchi une étape importante dans l’étude des états quantiques exotiques de la matière. Les chercheurs ont mesuré, dans un dispositif à base de graphène bicouche, une charge équivalente à un tiers de celle d’un électron. Il ne s’agit pas d’un électron découpé en trois, mais d’une quasiparticule : une excitation collective qui apparaît lorsque de nombreux électrons interagissent fortement dans des conditions extrêmes.
Ce phénomène se produit dans le régime de l’effet Hall quantique fractionnaire, lorsque les électrons sont confinés dans un matériau bidimensionnel, soumis à un champ magnétique intense et refroidis à très basse température. Dans ces conditions, le comportement collectif des électrons peut faire émerger des objets quantiques portant une charge fractionnaire, comme e/3.
Pour les mesurer, l’équipe a utilisé un « antidot » défini électrostatiquement dans du graphène bicouche. Cet antidot agit comme une impureté contrôlée au sein du dispositif, autour de laquelle les quasiparticules peuvent circuler et tunneliser. En analysant les oscillations de conductance lorsque les tensions de grille sont modifiées, les chercheurs ont pu déduire directement la charge transportée.
L’intérêt de cette approche est sa simplicité relative. Jusqu’ici, la détection de charges fractionnaires reposait souvent sur des dispositifs plus complexes, comme les interféromètres ou les mesures de bruit électronique. Ici, l’antidot fonctionne comme un véritable « coulombmètre » fractionnaire.
Cette avancée ouvre la voie à l’étude d’autres matériaux de van der Waals et d’états quantiques encore plus complexes, dont certains pourraient jouer un rôle dans les futures technologies quantiques.