Projektbeschreibung
Erforschung von Quanten-Grenzphänomenen in Graphen
Zweidimensionale Elektronengase sind eine einzigartige Art von elektronischen Systemen, bei denen die Elektronenbewegung auf eine 2D-Ebene innerhalb eines Festkörpers beschränkt ist. Unter starken Magnetfeldern zeigen sie faszinierende Materiezustände wie den Quanten-Hall-Zustand. Das Verständnis solcher Quantenzustände beruht auf der Existenz von 1D-Leitungskanälen, deren Struktur im realen Raum jedoch nur unzureichend bekannt ist. Im Rahmen des ERC-finanzierten Projekts QUEST werden die räumliche Struktur, der kohärente Transport und die Supraleitungskopplung an Grenzflächen von Quanten-Hall-Kantenzuständen unter Verwendung von Graphen als oberflächenzugänglichem zweidimensionalem Elektronengas untersucht. Durch die Entwicklung eines aus einem Rasterkraftmikroskop und einem Rastertunnelmikroskop bestehenden hybriden Systems wird QUEST einen noch nie dagewesenen Zugang zu den Kanten von Graphenflocken bieten, wo sich Quanten-Hall-Kantenzustände ausbreiten.
Ziel
The quantum nature of an electronic fluid is ubiquitous in many solid-state systems subjected to correlations or confinement. This is particularly true for two-dimensional electron gases (2DEGs) in which fascinating quantum states of matter, such as the integer and fractional quantum Hall (QH) states, arise under strong magnetic fields. The understanding of QH systems relies on the existence of one-dimensional (1D) conducting channels that propagate unidirectionally along the edges of the system, following the confining potential. Due to the buried nature of 2DEG commonly built in semiconducting heterostructures, the considerable real space structure of this 1D electronic fluid and its energy spectrum remain largely unexplored.
This project consists in exploring at the local scale the intimate link between the spatial structure of QH edge states, coherent transport and the coupling with superconductivity at interfaces. We will use graphene as a surface-accessible 2DEG to perform a pioneering local investigation of normal and superconducting transport through QH edge states. A new and unique hybrid Atomic Force Microscope and Scanning Tunneling Microscope (STM) operating in the extreme conditions required for this physics, i.e. below 0.1 kelvin and up to 14 teslas, will be developed and will allow unprecedented access to the edge of a graphene flake where QH edge states propagate.
Overall, the original combination of magnetotransport measurements with scanning tunnelling spectroscopy will solve fundamental questions on the considerable real-space structure of integer and fractional QH edge states impinged by either normal or superconducting electrodes. Our world-unique approach, which will provide the first STM imaging and spectroscopy of QH edge channels, promises to open a new field of investigation of the local scale physics of the QH effect.
Wissenschaftliches Gebiet
- engineering and technologynanotechnologynano-materialstwo-dimensional nanostructuresgraphene
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopyscanning tunneling microscopy
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopy
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
75794 Paris
Frankreich