Opis projektu
Niespodziewanie skręt może okazać się drogą do uzyskania egzotycznych właściwości warstwowych nanomateriałów dwuwymiarowych
Niebywale zachwycający świat nanomateriałów dwuwymiarowych jest znany szerszej publiczności głównie za sprawą grafenu, ale wszystkie opracowane do tej pory materiały dają niespotykane dotąd możliwości w zakresie wywoływania nowych efektów kwantowych i konstruowania innowacyjnych urządzeń. Nowe układy, składane warstwa po warstwie z izolowanych płaszczyzn atomowych dwuwymiarowego nanomateriału krystalicznego, utorowały nam drogę do zupełnie nowej dziedziny badań w zakresie tak zwanych heterostruktur van der Waalsa. Finansowany ze środków UE projekt QTWIST będzie stanowić próbę obrania całkowicie nowego kierunku w kwestii paradygmatów projektowania tych sztucznych ciał stałych. Podczas prowadzonych w jego ramach badań naukowcy podejmą próbę wprowadzenia skrętu między przylegającymi do siebie warstwami krystalicznymi, by w ten sposób kontrolować ich właściwości w skali nano. Oczekuje się, że te „skręcone” nanomateriały będą przejawiać nieznane dotąd właściwości nadprzewodzące i magnetyczne, wypływające z nietypowego ułożenia ich nanotekstur.
Cel
Van der Waals heterostructures, assembled from 2D materials, offer unprecedented opportunities for the material design by layer-by-atomic-layer construction of artificial solids. The potential of this approach is enormous, as demonstrated by the hundreds of patents and thousands of research publications appearing annually in the field.
This proposal will explore a new avenue in design of quantum solid state systems by employing a mutual rotation between adjacent crystalline planes, “twist”, to pattern their properties on the nanometre length scale. This opportunity has emerged due to my recent pioneering work with twisted layers of transition metal chalcogenides and ground-breaking technological achievements in ultra-high vacuum fabrication instrumentation.
I will transform the emerging field of “twistronics” by the in-situ fine-tuning of moiré superstructure and making pioneering studies of novel quantum and strong correlation phenomena in 2D materials accessible for the first time. In particular, I will explore different regimes of lattice reconstruction in 2D semiconductors to engineer and study (1) quantum many-body states of electrons and (2) design confined quantum states defined by piezoelectric and pseudomagnetic nanotextures in semiconducting and charge density wave 2D materials. Moreover, we will create and study world-first twisted heterostructures with (3) superconducting and (4) superconducting and magnetic 2D materials, aiming to create strong periodic nanotextures of their electronic states.
The realisation of my ambitious research programme is only possible due to our unique world-first UHV-technology which will allow assembly of high-quality twisted van der Waals heterostructures, and which we will develop to enable new dynamic twist-angle studies and local magnetic flux measurements. The potential impact of this proposal is ground-breaking for both fundamental science and nanotechnology, opening up a new route for nanoengineering of solids.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
M13 9PL Manchester
Zjednoczone Królestwo