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The Quantum Twisting Microscope - revolutionizing quantum matter imaging

Description du projet

Un nouveau microscope pour saisir le comportement complexe des électrons

La compréhension du comportement des électrons dans les matériaux quantiques est essentielle pour faire progresser des technologies telles que l’informatique quantique, les systèmes énergétiques et l’électronique ultra-efficace. Ces matériaux régis par des interactions électroniques complexes présentent des propriétés uniques, notamment la supraconductivité, mais les outils actuels peuvent difficilement rendre compte de ces interactions. Le projet QTM, financé par le CER, prévoit de développer le microscope à torsion quantique, un instrument révolutionnaire combinant trois capacités. Premièrement, les chercheurs utiliseront une pointe ultra-mince pour mesurer localement les interférences quantiques, ce qui permettra d’obtenir des informations sans précédent sur le comportement des électrons. Deuxièmement, cela permettra un contrôle précis de l’angle de torsion entre les matériaux. Troisièmement, il est prévu d’améliorer considérablement la résolution spatiale pour l’imagerie des propriétés électrostatiques. Les premières expériences ayant déjà donné des résultats passionnants, l’approche proposée pourrait stimuler l’étude des matériaux quantiques et révéler des phénomènes jusqu’ici hors de notre portée.

Objectif

In this work, we propose to build a radically new type of scanning probe microscope – the Quantum Twisting Microscope (QTM) – that will be the first capable of performing local quantum interference measurements at a twistable interface between two quantum materials. The concept, already established in preliminary experiments, is based on a unique tip made of an atomically-thin two-dimensional material. This tip allows electrons to coherently tunnel into a sample at many locations at once, making it a scanning electronic interferometer. With an extra twist degree of freedom, our microscope becomes a momentum-resolving local probe, providing powerful new ways to study the energy dispersions of interacting electrons in quantum materials. The same microscope, working in a second modality, will be the-first-of-its-kind platform for cryogenic assembly of interfaces between various van der Waals materials with full in-situ control over their twist angle. Finally, in a third modality, the QTM will make a dramatic jump, by two orders of magnitude, in the spatial resolution of electrostatic imaging. This will open a new world of interacting electron phenomena that were so far inaccessible to direct visualization. We have recently built a preliminary room temperature version of this microscope, and already observed striking quantum interference and promising results on all three fronts. By taking this new microscope to cryogenic temperatures, we expect to make multiple discoveries on a variety of fundamental questions in interacting quantum matter.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2022-ADG

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Institution d’accueil

WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE
Contribution nette de l'UE
€ 3 344 995,00
Coût total
€ 3 344 995,00

Bénéficiaires (1)