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Tunable Hubbard Lattices in Semiconductor Nanowire Networks

Descripción del proyecto

Redes de semiconductores a nanoescala para la simulación cuántica de las interacciones entre electrones

La física del estado sólido, también denominada física de la materia condensada, es un campo amplio que tiene como objetivo entender cómo se comportan los materiales sólidos. El modelo de Hubbard es el modelo más simple de partículas que interactúan en un entramado y se utiliza ampliamente en la física de la materia condensada para describir la transición entre los estados de conducción y de aislamiento. Sin embargo, es complicado aplicarlo a los estados fuertemente correlacionados de los electrones en la materia condensada. No obstante, ha sido difícil la aplicación experimental del modelo de Hubbard en condiciones probablemente asociadas a la aparición de superconductores críticos a alta temperatura (de gran interés para las aplicaciones). El proyecto TURNSTONE, financiado con fondos europeos, tiene previsto demostrar esa aplicación, que permite simultáneamente el control de importantes propiedades y características.

Objetivo

One of the most important outstanding questions in physics is arguably the understanding of correlated electrons in condensed matter. The theoretical framework is given by the Hubbard model, however, no analytical solutions have been found and numerical treatments are challenging and controversial. Although great progress has been made in experimental implementations of the Hubbard model in cold atom lattices and ion traps, the most interesting regime of low temperature and strong interactions, presumably accounting for the physics of High-Tc superconductors, is yet to be realized. In this project a new experimental platform is proposed for realizing tunable lattices of coupled quantum dots (QDs) by combining Molecular Beam Epitaxy crystal growth of semiconductor nanostructures, state-of-the-art semiconductor processing, and low-temperatures quantum transport. Macroscopic networks of ultra-high quality InAs nanowires will be combined with epitaxial integration of dielectric layers and gate metals. The gates thereby retain the ultimate limit of uniformity; overcoming previous problems with QD arrays. Conservative estimates of the on-site Coulomb interaction ~100-200Kelvin and with fully gate-tunable tunnel couplings, the strongly interacting, low-T regime is easily reachable. Both square and honeycomb lattices will be realized and the macroscopic properties will studied by transport and quantum capacitance spectroscopy at mK temperatures, and in addition, the currents will be locally probed by scanning SQUID microscopy. Furthermore, by a new concept for gating, we achieve tunable spatial modulation of tunnel couplings, and thereby enable in situ tunable gauge fields, tunable disorder, and controlled symmetry breaking. A proof-of-concept experiment is discussed. If successful, the results will have major impact on physics, technology and material science by providing a tunable model of the foundation of solid state physics.

Régimen de financiación

ERC-COG - Consolidator Grant

Institución de acogida

DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET
Aportación neta de la UEn
€ 1 874 669,00
Dirección
ANKER ENGELUNDS VEJ 101
2800 Kongens Lyngby
Dinamarca

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Región
Danmark Hovedstaden Københavns omegn
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 874 669,00

Beneficiarios (2)