Opis projektu
Badanie nowych właściwości przewodzących bizmutu
Izolatory topologiczne to jeden z najbardziej ekscytujących obszarów fizyki materii skondensowanej. Zasadniczą część tego nowego stanu materii kwantowej stanowi izolacja. Prąd płynie wyłącznie po powierzchni i niemal nie ulega rozproszeniu. Zespół finansowanego ze środków UE projektu BALLISTOP zbada ładunek i prądy spinowe w izolatorach topologicznych drugiego rzędu. Do tej nowej klasy materiałów topologicznych należą kryształy 3D. Przykładem takiego kryształu jest bizmut, który posiada nowe właściwości przewodzące, występujące na krawędziach, nie zaś w części zasadniczej czy na powierzchni. Badacze przetestują również bardziej szczegółowo charakter balistyczny próbek bizmutu, gdzie stan topologicznie trwały powstaje na krawędzi izolatora (1D). Metoda skaningowej spektroskopii tunelowej umożliwi im zaobserwowanie cząsteczek Majorana w cząsteczkach bizmutu/nadprzewodnika. Wyniki tych prac otworzą drogę do opisania izolatorów topologicznych wyższego rzędu.
Cel
One of the greatest recent achievement in Condensed matter physics is the discovery of a new class of materials, Topological Insulators (TI), whose bulk is insulating, while the edges conduct current in a quasi-ideal way. In particular, the 1D edges of 2DTI realize the Quantum Spin Hall state, where current is carried dissipationlessly by two counter-propagating ballistic edge states with a spin orientation locked to that of the propagation direction (a helical edge state). This opens many possibilities, ranging from dissipationless charge and spin transport at room temperature to new avenues for quantum computing. We propose to investigate charge and spin currents in a newly discovered class of TIs, Second Order Topological Insulators (SOTIs), i.e. 3D crystals with insulating bulk and surfaces, but perfectly conducting (topologically protected) 1D helical “hinge” states. Bismuth, despite its well-known semimetallic character, has recently been shown theoretically to belong to this class of materials, explaining our recent intriguing findings on nanowires. Our goal is to reveal, characterize and exploit the unique properties of SOTIs, in particular the high velocity, ballistic, and dissipationless hinge currents. We will probe crystalline bismuth samples with refined new experimental tools. The superconducting proximity effect will reveal the spatial distribution of conduction paths, and test the ballisticity of the hinge modes (that may coexist with non-topological surface modes). High frequency and tunnel spectroscopies of hybrid superconductor/Bi circuits will probe their topological nature, including the existence of Majorana modes. We will use high sensitivity magnetometers to detect the orbital magnetism of SOTI platelets, which should be dominated by topological edge currents. Lastly, we propose to detect the predicted equilibrium spin currents in 2DTIs and SOTIs via the generated electric field, using single electron transistors-based electrometers.
Dziedzina nauki
- natural sciencesphysical sciencescondensed matter physics
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistrypost-transition metals
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicsspintronics
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopy
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-ADG - Advanced GrantInstytucja przyjmująca
75794 Paris
Francja