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Tip-based imaging of Topological materials

Description du projet

Une nouvelle technique d’imagerie pourrait révéler des propriétés cachées des isolants topologiques

Les isolants topologiques sont très prometteurs pour le calcul économe en énergie et la spintronique grâce à leur capacité unique à prendre en charge le transport polarisé en spin le long de leurs bords. Cependant, les imperfections de leur structure rendent souvent difficile l’étude détaillée de ces propriétés au moyen de techniques fondées sur le transport. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet TipTop vise à améliorer la magnétométrie à centres azote-lacune, une technique qui utilise des capteurs à base de diamant pour visualiser les champs magnétiques avec une haute résolution spatiale. Les chercheurs optimiseront cette méthode pour les environnements à basse température afin d’étudier la manière dont le courant circule dans ces matériaux. Les travaux du projet amélioreront la compréhension des isolants topologiques et ouvriront de nouvelles perspectives pour leur application dans l’informatique quantique et l’électronique de nouvelle génération.

Objectif

Topological insulators have attracted attention over the past two decades due to their spin-momentum locked edge states hosting ballistic, spin-polarized, transport, useful for energy-efficient computing and spintronics. However, probing these states and confirming their origin
remains a challenge, as structural and electronic disorder often obscure transport signatures. To overcome these limitations, TipTop (Tip-based imaging of Topological materials) aims to establish scanning NV magnetometry at cryogenic temperatures as a probe for quantum transport in topological materials, thereby linking morphology and electronic behavior. NV magnetometry uses the spin-dependent fluorescence of nitrogen-vacancy centers in diamond to image magnetic fields with high spatial resolution and sensitivity. The first objective is to reach sub-100 nm spatial resolution with sub-microampere current sensitivity via AC quantum sensing protocols, as already demonstrated at room temperature but not yet optimized for cryogenic operation. This will enable me to apply NV magnetometry to two distinct material platforms. Secondly, I will image the charge current distribution in ultrathin films of (Bi1-xSbx)2Te3, which, depending on thickness, hosts either trivial or topological edge states. However, disorder from dry etching and growth can lead to ambiguous transport signatures, highlighting the current need for spatially resolved probes. Finally, I will analyze superconductivity in WTe2 Josephson junctions. By imaging the supercurrent distribution, I will provide a direct method to search for higher-order topological hinge states and compare the result to reconstructed spatial distributions from transport-only methods. Conducted over a two-year period at ETH Zurich, TipTop will combine transport and NV sensing to advance our understanding of the electronic properties of TIs and establish scanning NV magnetometry as a powerful complement to electronic transport experiments.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

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

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinateur

EIDGENOESSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE ZUERICH
Contribution nette de l'UE
€ 292 118,88
Adresse
Raemistrasse 101
8092 Zuerich
Suisse
Région
Schweiz/Suisse/Svizzera Zürich Zürich
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée