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Pathways towards non-Abelian physics in moiré materials

Descrizione del progetto

Ricerca di particelle rare nei materiali contorti

I qualunquoni sono un raro tipo di quasiparticelle che non rientrano nelle consuete categorie di bosoni o fermioni. Sono essenziali per i sistemi quantistici 2D, ma nonostante il loro potenziale per le nuove tecnologie, sono stati quasi impossibili da isolare. Il progetto Twist2Braid, finanziato dal CER, intende cambiare questa situazione utilizzando materiali contorti. Si tratta di strati atomici impilati ad angoli precisi per creare complessi effetti moiré. Il team sta progettando queste strutture per intrappolare una versione specifica chiamata qualunquoni non abeliani. Trovando il modo di catturarle e controllarle, i ricercatori sperano di trasformare queste particelle sfuggenti in uno strumento reale per la prossima generazione di calcolo quantistico.

Obiettivo

One of the most fascinating prospects of two-dimensional quantum systems is the realization of anyons, a unique category of quasiparticles that defy classification as either fermions or bosons, hence transcending the standard model of particle physics. Exploring and manipulating these anyons carries profound fundamental implications and the potential for paradigmatic-shifting technologies. Notably, a subset known as non-Abelian anyons should enable universal and topologically fault-tolerant quantum computations. Traditionally, the search for these anyons has focused on quantum Hall systems, where the strong magnetic fields required to stabilize them have significantly hindered advances in their characterization and manipulation. In the last year, groundbreaking experiments on twisted moiré bilayers successfully realized fractional Chern insulators, serving as zero-field analogs of quantum Hall states where anyons can naturally occur. I present the Twist2Braid project to capitalize on the advancements from these pioneering experiments and unlock the promises offered by non-Abelian anyons. My proposal is structured around three key pillars: (1) identifying ideal moiré heterostructures through a high-throughput search over two-dimensional materials and their stacking and twisting configurations; (2) modeling topological moiré materials and predicting experimental signatures indicative of anyonic physics; and (3) designing new systems acting as traps for non-Abelian anyons using both interfaces between topologically ordered phases and proximity with superconductors. To achieve the latter two objectives, I will develop innovative variational numerical methods that overcome the limitations of state-of-the-art computational techniques and allow simultaneous access to the bulk and edge properties of systems under consideration.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

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

COLLEGE DE FRANCE
Contributo netto dell'UE
€ 1 456 563,00
Indirizzo
PLACE MARCELIN BERTHELOT 11
75005 Paris
Francia
Regione
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 456 563,00

Beneficiari (1)