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Quantifying electron-electron forces at the atomic scale

Description du projet

Sonder la dynamique de la corrélation électronique dans les matériaux bidimensionnels

Les matériaux bidimensionnels (2D) présentent des phases quantiques exotiques de la matière – supraconductivité non conventionnelle, nouvelles phases isolantes et ordre magnétique exotique. Ces phénomènes peuvent être mis à profit pour créer de nouvelles formes de technologies à haut rendement énergétique. La compréhension et l’exploration fondamentales des matériaux 2D dépendent de la capacité à étudier les interactions électron-électron. Les corrélations électroniques sont les principaux moteurs de ces phases quantiques exotiques. Le projet DeQ, financé par l’UE, étudiera le rôle des corrélations électroniques et leurs interactions avec les degrés de liberté structurels et de spin au niveau d’un seul atome dans les phases quantiques isolantes des nouveaux matériaux 2D. Le projet quantifiera la charge à l’échelle atomique et l’ordre de spin aux transitions entre différentes phases quantiques dans trois classes de matériaux 2D remarquables: les bicouches torsadées, les composés quasi 2D corrélés et les matériaux magnétiques 2D.

Objectif

Quantum phases of matter in novel 2D materials host fascinating correlated electron properties, such as unconventional superconductivity, novel insulating phases and exotic magnetic order. These phenomena are a hotbed of new forms of energy-efficient technologies, which require fundamental understanding and exploration of these material classes. Since the beginning, scientists have been struggling with the puzzling lack of consistent predictability of such materials, leading predominantly to serendipitous discoveries. The key ingredient driving these exotic quantum phases are electron-electron interactions, so-called correlations. These correlations between the electrons play a prominent role in their movement, and often result into atomic-scale charge and spin order, and are amplified in 2D materials compared to their 3D counterparts. Owing to the 2D nature, a new state-of-the-art methodology is needed to elucidate the electronic and magnetic properties in correlated 2D quantum materials. DeQ investigates the role of electron correlations and their interplay with structural and spin degrees of freedom at the single-atom level in insulating quantum phases of novel 2D materials. To accomplish this aim, my innovative strategy is to quantify atomic-scale charge and spin order at transitions between different quantum phases in three classes of hallmark 2D materials: twisted bilayers, correlated quasi-2D compounds, and 2D magnetic materials. My novel approach is based on creating a new state of the art in atomic imaging and spectroscopy, the JAQ setup. The development of JAQ will enable us to precisely tune relevant parameters, like electric and magnetic fields, in the highest-quality materials available. The outcome of DeQ will be groundbreaking for predicting electron correlations in novel quantum phases in 2D materials, which that are a hotbed of innovative forms of energy-efficient technologies.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

ERC-STG - Starting Grant

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2020-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

STICHTING RADBOUD UNIVERSITEIT
Contribution nette de l'UE
€ 1 912 095,00
Adresse
HOUTLAAN 4
6525 XZ Nijmegen
Pays-Bas
Région
Oost-Nederland Gelderland Arnhem/Nijmegen
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 912 095,00

Bénéficiaires (1)