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Realising two-dimensional heavy fermions in rare-earth intercalated transition metal dichalcogenides

Descrizione del progetto

Fasi di fermioni pesanti nuove e regolabili in film monostrato 2D

Gli stati esotici emergono spesso nei materiali quantistici vicini alla criticità quantistica, dove sono sensibili agli stimoli esterni. Le piccole fluttuazioni in prossimità dei punti critici danno origine a fenomeni come la superconduttività ad alta temperatura e le fasi magnetiche esotiche. I fermioni pesanti sono vicini a un punto critico quantistico e sono emersi come sistemi promettenti per studiare la criticità quantistica. Le dimensioni inferiori (ad esempio i sistemi 2D) migliorano le fluttuazioni e le correlazioni degli elettroni, ma la natura intermetallica 3D dei fermioni pesanti rende difficile ottenere questo risultato. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto 2D RE-TMDCs mira ad affermare i dicalcogenidi di metalli di transizione intercalati (I-TMDCs) con intercalazione di terre rare in film monostrato 2D come una nuova classe di materiali fermioni pesanti 2D regolabili.

Obiettivo

Quantum materials exhibit unique emergent phases driven by many-body interactions, and a major goal of material science is to harness their properties. Importantly, such materials are sensitive to external stimuli by often being close to quantum criticality, where fluctuations near critical points give rise to phenomena like high-temperature superconductivity and exotic magnetic phases. This opens routes for manipulating and controlling key quantum states. Heavy fermions (HF), characterized by competing magnetic and Kondo interactions, are central to quantum criticality. Dimensionality reduction is an exciting route to control the ground states of HF, as lower dimensions enhance fluctuations and electron correlations. However, the intermetallic nature and thus three-dimensionality of conventional HF make accessing two-dimensional (2D) HF challenging. The project aims to establish intercalated transition metal dichalcogenides (I-TMDCs) as a versatile platform for realizing HF phases in 2D monolayer films.
I-TMDCs are ideal for engineering Kondo physics. Their layered structure enables creation of new electronic phases via intercalation. The flexibility in choosing intercalant, host material, and intercalation ratio adds tunability over magnetic and electronic properties, while also providing a route to dimensionality reduction in 2D films. This project will leverage the precision of molecular-beam epitaxy (MBE) in combination with the advanced spectroscopic techniques angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) and low temperature scanning tunnelling microscopy (STM). Together with theoretical modelling, the methods will offer a comprehensive approach to determining the low energy electronic structure and ground state of I-TMDCs. By building upon conventional I-TMDCs, the project will introduce strongly correlated properties of f-electrons and HF physics via rare-earth intercalation, ultimately establishing a novel and tuneable class of 2D HF materials.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinatore

THE UNIVERSITY COURT OF THE UNIVERSITY OF ST ANDREWS
Contributo netto dell'UE
€ 260 347,92
Indirizzo
NORTH STREET 66 COLLEGE GATE
KY16 9AJ ST ANDREWS
Regno Unito
Regione
Scotland Eastern Scotland Clackmannanshire and Fife
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato