Opis projektu
Charakteryzowanie i wykorzystywanie stanów topologicznych w nanodrutach
Około 15 lat temu po raz pierwszy odkryto topologiczne stany materii, a niedawno stwierdzono, że topologiczne stany elektronowe są obecne w prawie każdym znanym materiale dla każdego elektronu w konfiguracji krystalicznej. Podczas gdy wiele materiałów topologicznych 3D zostało już zidentyfikowanych, istnieje tylko kilka materiałów topologicznych 2D przedstawionych eksperymentalnie. Finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projekt TOPO-NW ma na celu zbadanie stanów topologicznych w epitaksjalnych nanodrutach jednowymiarowych, czyli konfiguracji umożliwiającej tworzenie nowych systemów topologicznych o wysokiej przestrajalności. Badacze projektu będą selektywnie dostrajać strukturę pasmową stanów powierzchniowych, badać lokalną odpowiedź powierzchniowych elektronów Diraca i wykorzystywać zdobytą wiedzę do tworzenia topologicznych elektronicznych i spintronicznych urządzeń opartych na nanodrutach.
Cel
Topological phases of matter have been at the center of intense scientific research. Over the past decade this has led to the discovery of dozens of topological materials with exotic boundary states. In three dimensional topological phases, scanning tunneling microscopy (STM) has been instrumental in unveiling the unusual properties of these surface states. This success, however, did not encompass lower dimensional topological systems. The main reason is surface contamination which is disruptive both for STM and for the fragile electronic states. We propose to study topological states of matter in pristine epitaxial nanowires by combining growth, fabrication and STM, all in a single modular ultra-high vacuum space. This platform will uniquely allow us to observe well anticipated topological phenomena in one dimension such as the Majorana end-modes in semiconducting nanowires. On a broader view, the nanowire configuration intertwines dimensionality and geometry with topology giving rise to novel topological systems with high tunability. A vivid instance is given by topological crystalline insulator nanowires in which the topological symmetry protection can be broken by a variety of perturbations. We will selectively tune the surface states band structure and study the local response of massless and massive surface Dirac electrons. Tunability provides a higher degree of control. We will utilize this to realize topological nanowire-based electronic and spintronic devices such as a Z2 pump and spin-based Mach-Zehnder interferometer for Dirac electrons. The low dimensionality of the nanowire alongside various singularities in the electronic spectra of different topological phases enhance interaction effects, serving as a cradle for novel correlated topological states. This new paradigm of topological nanowires will allow us to elucidate deep notions in topological matter as well as to explore new concepts and novel states, thus providing ample experimental prospects.
Dziedzina nauki
- natural sciencesmathematicspure mathematicstopology
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistrypost-transition metals
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopyscanning tunneling microscopy
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopy
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
7610001 Rehovot
Izrael