Onderzoekers hebben onderzocht hoe licht kan worden gebruikt om de kwantumaard van een elektronisch materiaal te observeren. Ze vingen licht op in grafeen en vertraagden het tot de snelheid van de elektronen van het materiaal. Toen begonnen elektronen en licht samen te bewegen, hun kwantumkarakter op zo'n grote schaal manifesteren dat het met een speciaal type microscoop kon worden waargenomen.

De experimenten werden uitgevoerd met grafeen van ultrahoge kwaliteit. Om de ultra-trage lichtrimpels in het grafeen (ook wel plasmonen genoemd) op te wekken en in beeld te brengen, de onderzoekers gebruikten een speciale antenne voor licht die het oppervlak scant op een afstand van enkele nanometers. Met deze nabije-veld nanoscoop, ze zagen dat de lichtrimpels op het grafeen meer dan 300 keer langzamer bewogen dan het licht, drastisch afwijkt van wat wordt gesuggereerd door de klassieke natuurkundewetten.

Het werk is gepubliceerd in Wetenschap door ICFO-onderzoekers Dr. Mark Lundeberg, Dr. Achim Woessner, onder leiding van ICREA Prof. bij ICFO Frank Koppens, in samenwerking met Prof. Hillenbrand van Nanogune, Prof. Polini van IIT en Prof. Hone van Columbia University.

Met betrekking tot de voltooide experimenten, Prof. Koppens zegt, "Gebruikelijk, het is erg moeilijk om de kwantumwereld te onderzoeken, en daarvoor zijn ultra-lage temperaturen nodig; hier konden we het met licht bij kamertemperatuur waarnemen."

Deze techniek maakt de weg vrij voor het verkennen van veel nieuwe soorten kwantummaterialen, inclusief supergeleiders of topologische materialen die de verwerking van kwantuminformatie met topologische qubits mogelijk maken. In aanvulling, Prof. Hillenbrand stelt dat "dit slechts het begin zou kunnen zijn van een nieuw tijdperk van nabije-veld-nanoscopie."

Prof. Polini zegt, "Deze ontdekking kan uiteindelijk leiden tot een werkelijk microscopisch begrip van complexe kwantumverschijnselen die optreden wanneer materie onderhevig is aan ultralage temperaturen en zeer hoge magnetische velden, zoals het fractionele quantum Hall-effect."