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Tip-based imaging of Topological materials

Descrizione del progetto

Una nuova tecnica di immaginografia per rivelare proprietà nascoste degli isolanti topologici

Gli isolanti topologici rappresentano una grande promessa per l’informatica a basso consumo energetico e la spintronica grazie alla loro capacità unica di consentire il trasporto con polarizzazione di spin lungo i propri bordi; ciononostante, le imperfezioni nella loro struttura rendono spesso difficile studiare queste proprietà in dettaglio mediante tecniche basate sul trasporto. Sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto TipTop mira a perfezionare la magnetometria a lacune di azoto, una tecnica che utilizza sensori a base di diamante per visualizzare i campi magnetici con un’elevata risoluzione spaziale. I ricercatori ottimizzeranno questo metodo per gli ambienti a bassa temperatura al fine di studiare il modo in cui scorre la corrente in questi materiali, nell’ambito di un progetto che contribuirà ad approfondire la comprensione degli isolanti topologici e aprirà nuove prospettive per la loro applicazione nell’informatica quantistica e nell’elettronica di nuova generazione.

Obiettivo

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.

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-2025-PF

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Coordinatore

EIDGENOESSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE ZUERICH
Contributo netto dell'UE
€ 292 118,88
Indirizzo
Raemistrasse 101
8092 Zuerich
Svizzera
Regione
Schweiz/Suisse/Svizzera Zürich Zürich
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato