Quand un champ magnétique intense est appliqué perpendiculairement à un gaz d'électrons bidimensionnel, l'ensemble des électrons adopte une trajectoire circulaire à courte distance (effet Hall quantique). Privé de propagation à longue distance, le gaz d'électrons devient isolant. Cependant, des « canaux » unidimensionnels s'ouvrent sur les « bords » du gaz, autorisant le passage des électrons dans un seul sens, imposé par l'orientation du champ. Les physiciens cherchent à utiliser ces canaux théoriquement indépendants comme des « fibres optiques », pour transporter des électrons uniques, au milieu d'une « mer de Fermi » d'électrons.

Or ces canaux de bord sont en réalité couplés via des interactions électrostatiques. De ce fait, un électron unique se propageant dans un canal doit alors plutôt être décrit par une superposition cohérente d'excitations collectives réparties dans tous les canaux. Les interactions électrostatiques entre ces excitations favorisent la décohérence de l'état quantique initial, accompagnée d'une relaxation d'énergie.

Des chercheurs ont réalisé une expérience pour mettre en évidence ces phénomènes. Des électrons uniques sont émis dans une « boîte quantique » (quantum dot), ils se propagent sur 480 ou 750 nm puis sont analysés dans une 2^e boîte quantique – celles-ci jouant un rôle de filtre en énergie.

Pour la première fois, ils ont observé la proportion de charges restant à leur énergie initiale, après propagation dans un canal de bord :  elle diminue fortement quand l'énergie de l'électron injecté ou la longueur de propagation augmente et de manière très inattendue, peut remonter légèrement.    Ceci indique que, dans certaines conditions, les excitations collectives partagées entre les canaux de bord peuvent reconstruire partiellement l'excitation initiale, sous l'effet d'interférences additives.

De plus, une comparaison des données expérimentales avec un modèle théorique a permis d'identifier une perte d'énergie supplémentaire dont les mécanismes détaillés restent à étudier.

Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec le Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N) de l'Université Paris Saclay et l'Université de Gênes (Italie).