GRAPHEN
Das, was wir aus der Schule als kleinste Ladung kennen, kann sich in exotischen Materialien weiter aufspalten. Eigentlich braucht es dafür Magnetfelder. Doch auch ohne diese ließ sich der Effekt jetzt in einem Stoff nachweisen, der immer wieder für Überraschungen gut ist: Graphen.
In manchen Materialien bilden sich unter dem Einfluss von Magnetfeldern besondere Quasiteilchen, die nur einen Bruchteil der Elementarladung tragen.
Wie ein Team um den Quantenphysiker Long Ju vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge nun gezeigt hat, funktioniert das bei Graphen sogar ohne Magnetfeld. Indem sie das zweidimensionale Material auf besondere Weise stapelten, riefen die Forscher hier erstmals eine anomale Spielart eines ohnehin exotischen Quantenphänomens hervor.
Beim so genannten fraktionalen Quanten-Hall-Effekt, für dessen Entdeckung 1998 der Physik-Nobelpreis verliehen wurde, entsteht eine Art Quantenflüssigkeit. Dabei vereinen sich die Elektronen des Materials mit Bestandteilen des Magnetfelds. Wie verschiedene Forschungsgruppen im Jahr 2023 herausgefunden haben, kann eine anomale Variante des Effekts in geschickt angeordneten zweidimensionalen Materialien zwar auch ohne Magnetfeld auftreten; Graphen schien dafür allerdings nicht geeignet. Der fraktionale Quanten-Hall-Effekt wurde hier 2009 bei starken Magnetfeldern nachgewiesen und 2021 bei schwachen, aber ganz ohne ging es nicht.
Dass es doch möglich sein könnte, den Effekt in Graphen hervorzurufen, fand Long Jus Team zunächst bei theoretischen Untersuchungen heraus. Die Berechnungen zeigten eine Besonderheit bei Graphen, das in fünf Schichten stufenweise gestapelt und zwischen zwei Lagen aus Bornitrid eingeklemmt wird. Hexagonales Bornitrid sieht ähnlich aus wie Graphen, hat allerdings andere Größenverhäl
