Opis projektu
Badanie kwantowych zjawisk brzegowych zachodzących w grafenie
Dwuwymiarowe gazy elektronowe (2DEG) to wyjątkowy rodzaj układu elektronicznego, w którym ruch elektronów jest ograniczony do dwuwymiarowej płaszczyzny w materiale półprzewodnikowym. W obecności silnych pól magnetycznych wykazują one intrygujące stany materii, takie jak kwantowe zjawisko Halla (QH). Wiedza na temat takich stanów kwantowych oparta jest na istnieniu jednowymiarowych kanałów przewodzących, jednak ich struktury w przestrzeni rzeczywistej nie zostały dotąd poddane bardziej szczegółowej analizie. Może to zmienić finansowany przez ERBN projekt QUEST, który jest poświęcony badaniom dotyczącym struktury przestrzennej, transportu koherentnego i sprzężenia nadprzewodnictwa na granicy faz stanów brzegowych zjawiska Halla przy użyciu grafenu jako powierzchni dostępnej dla dwuwymiarowych gazów elektronowych. Dzięki opracowaniu hybrydowego systemu składającego się z mikroskopu sił atomowych i skaningowego mikroskopu tunelowego zespół QUEST zaoferuje bezprecedensowe możliwości badania brzegów płatków grafenowych, w których zachodzi propagacja stanów brzegowych QH.
Cel
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.
Dziedzina nauki
- engineering and technologynanotechnologynano-materialstwo-dimensional nanostructuresgraphene
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopyscanning tunneling microscopy
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopy
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
75794 Paris
Francja