Descrizione del progetto
Esplorazione dei fenomeni quantistici di confine nel grafene
I gas di elettroni bidimensionali (2DEG) sono un tipo unico di sistema elettronico in cui il movimento degli elettroni è confinato in un piano 2D all’interno di un materiale allo stato solido. In presenza di forti campi magnetici, presentano stati della materia intriganti, come gli stati Hall quantistici. La comprensione di tali stati quantistici si basa sull’esistenza di canali conduttori 1D; tuttavia, la loro struttura nello spazio reale è poco conosciuta. Il progetto QUEST, finanziato dal CER, studierà la struttura spaziale, il trasporto coerente e l’accoppiamento dato dalla superconduttività alle interfacce degli stati Hall quantistici limite, utilizzando il grafene come 2DEG accessibile dalla superficie. Sviluppando un sistema ibrido composto da un microscopio a forza atomica e da un microscopio a scansione a effetto tunnel, QUEST offrirà un accesso senza precedenti ai bordi delle lamelle di grafene dove si propagano gli stati Hall quantistici dei bordi.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
- engineering and technologynanotechnologynano-materialstwo-dimensional nanostructuresgraphene
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopyscanning tunneling microscopy
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopy
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-STG - Starting GrantIstituzione ospitante
75794 Paris
Francia