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Optical control over correlated topological quantum phases of matter

Descrizione del progetto

Un nuovo approccio per il controllo ottico dinamico nei materiali quantistici

Ottenere un controllo preciso e veloce sulle proprietà specifiche dei materiali quantistici è fondamentale per sfruttarne appieno le potenzialità. I materiali moiré, formati dall’impilamento e dalla torsione di strati cristallini ultrasottili, offrono un’affascinante piattaforma per indagare le complesse interazioni degli elettroni. Questi materiali possono esibire rari stati quantistici in cui le particelle si comportano collettivamente e sfidano la fisica convenzionale. Il progetto OptoQuantTOP, finanziato dal CER, prevede di sfruttare la luce per manipolare questi stati con una velocità e una precisione senza precedenti. I ricercatori realizzeranno un’interfaccia ottica che consente il controllo locale e su richiesta delle fasi topologiche fortemente correlate nei materiali moiré. La ricerca proposta potrebbe avere implicazioni per la topotronica e l’informatica quantistica.

Obiettivo

A central goal in modern condensed matter physics is to understand and manipulate collective phenomena at the intersection of topology and strong many-body interactions. Moire materials composed of layered van der Waals (vdW) crystals are a unique platform for exploring this frontier. These systems support flat topological electronic bands resembling Landau levels but without magnetic fields. This has recently enabled realization of long-sought fractional Chern insulators (FCIs): zero-field analogs of fractional quantum Hall (FQH) states. Unlike the latter, FCIs operate in an unexplored regime where electrons spontaneously break time-reversal symmetry and experience emergent magnetic fields far exceeding those in standard laboratories. This raises timely fundamental questions: What is the nature of collective fractionally charged excitations of FCIs? Can they couple to light? Can we engineer vdW devices that allow for in-situ programming of FCI properties with light, a feat impossible for FQH? Addressing these questions could have revolutionary implications, unlocking dynamical access to the phase diagrams of topologically-ordered phases, a key challenge in the field.

The overarching goal of this project is to develop an optical interface that enables local, on-demand, ultra-fast access and control over strongly correlated topological phases in moire materials. Using this platform, we will answer key questions of topological many-body physics, with potential groundbreaking technological applications in topotronics and quantum computing.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2025-STG

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Istituzione ospitante

UNIVERSITAT BASEL
Contributo netto dell'UE
€ 2 364 733,00
Indirizzo
PETERSPLATZ 1
4051 Basel
Svizzera
Regione
Schweiz/Suisse/Svizzera Nordwestschweiz Basel-Stadt
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 2 364 733,00

Beneficiari (1)