Opis projektu
Badania nad termodynamiką układów kwantowych nabierają rumieńców
Układy kwantowe, w których występują skorelowane stany elektronowe, mają ogromne znaczenie dla badań podstawowych oraz technologii. Często dają one początek egzotycznym kwazicząstkom, takim jak fermiony Majorany, których topologiczna odporność przekłada się na ich ogromny potencjał do wykorzystania jako kubity w komputerach kwantowych. Aby zrozumieć egzotyczne stany elektroniczne występujące w materiałach kwantowych, w ramach finansowanego przez UE projektu Quantropy opracowane zostaną nowe sposoby pomiaru ich właściwości termodynamicznych, w szczególności entropii. Badanie stanów elektronicznych w układach niskowymiarowych jest niezwykle trudne, częściowo z powodu małej liczby elektronów objętych analizą. Pełne wykorzystanie pomiarów entropii w fizyce mezoskopowej przyczyni się do lepszego poznania mechanizmów skorelowanych stanów kwantowych w sztucznych strukturach.
Cel
Quantum systems that have been engineered to host correlated electronic states are of outstanding fundamental and technological interest. Often ‘exotic’ new quasi-particles emerge, such as Majorana fermions, whose inherent topological robustness forms the basis of a promising approach to quantum computation. Another recent example are sheets of pencil-lead graphene which superconduct with a proper twist between layers.
Thermodynamic probes have been central for characterising new phases of matter in bulk materials. Low-dimensional systems offer greater opportunities for control, but probing their electronic states in a similar way is notoriously difficult, in part because of the small number of electrons involved.
The objective of this project is to overcome this challenge and to develop a unique conceptual and experimental foundation for exploring correlated quantum states in low-dimensional systems by measuring thermodynamic quantities, in particular entropy. Entropy is one of the most fundamental of physical properties, and in recent years has been recognized as a key to understanding systems as diverse as qubits and black holes. Fully exploiting entropy measurements in mesoscopic physics will open up a new window to a mechanistic understanding of correlated quantum states in engineered structures, with promise for ground-breaking novel device paradigms.
Members of the consortium have pioneered some of the few existing approaches to making thermodynamic measurements of low-dimensional systems. In combining our expertise, we will develop, test and explore a versatile suite of thermodynamic probes, and in particular i) demonstrate fractional entropy as an unequivocal observable for exotic states, including Majorana fermions; ii) develop thermodynamic measurement paradigms to probe correlated states in novel materials, in particular twisted bilayer graphene; and iii) achieve the first-time measurement of macroscopic entanglement entropy in solid-state systems.
Dziedzina nauki
- natural sciencesphysical sciencesquantum physics
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsfermions
- natural sciencesphysical sciencesthermodynamics
- natural sciencesphysical sciencescondensed matter physicsmesoscopic physics
- natural sciencesphysical sciencesastronomyastrophysicsblack holes
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-SyG - Synergy grantInstytucja przyjmująca
8092 Zuerich
Szwajcaria