Kvantum-nanoelektronika és spektroszkópia - QuNES (253) - Institut Neel
Helyi spektroszkópia és kvantumtranszport 2D anyagokban és nanostruktúrákban
QuNES
Célok
A QuNES kutatási területei a mezoszkópos fizikát, a kvantum-nanoelektronikát és a felszíni tudományt ölelik fel. A fő témák a 2D anyagok, például a grafén és az átmenetifém-dikalkogenidek, elektronikus tulajdonságai, a Dirac-anyagok topológiai rendjei, kvantumtermodinamika, hibrid szupravezető eszközök, soktestfizika félvezető kvantumpontokban és pontkontaktusokban, valamint erősen rendezetlen szupravezetők. A QuNES csapatának eredetisége, hogy a kvantumtranszport méréseket kombinálja a helyi szonda mérésekkel, pásztázó alagút mikroszkópia és spektroszkópia, atomi erő mikroszkóp és pásztázó kapu mikroszkópia alkalmazásával, nagyon alacsony hőmérsékleten, rendkívül nagy vákuumban és nagy mágneses térben.
Áttekintés
2D anyagok elektronikus tulajdonságai
Grafén és átmenetifém-dikalkogenidek
Topológiai fázisok a Dirac anyagokban
Grafén a kvantum Hall-rezsimben
Kvantumeszközök termodinamikája
Hőszállítás hibrid szupravezető csomópontok segítségével
Kondo felhő kiterjesztése a kvantumpontok körül
A Kondo szűrőfelhő szkennelési kapu vizsgálata
Erősen rendezetlen szupravezetők
Amorf szupravezető filmek
2D anyagok
2D anyagok elektronikus tulajdonságai
Grafén és átmenetifém-dikalkogenidek
Pierre Mallet, Jean-Yves Veuillen
Mágnesesség indukálása grafénban hidrogénatomokkal
A grafénon abszorbeált izolált hidrogénatomok mágneses momentumokat indukálnak. Itt bemutatjuk az első elvű számításokkal kiegészített STM alkalmazásával, hogy egyetlen H atom grafénen történő adszorpciója mágneses momentumot indukál, amelyet a Fermi energiánál 20 meV spin-split állapot jellemez. Az STM csúcs segítségével a H atomok atomi pontossággal történő manipulálására lehetőség van a kiválasztott grafén régiók mágnesességének testreszabására.
Együttműködések:
Universidad Autonoma de Madrid
Publikációk:
A grafénmágnesesség atom-léptékű szabályozása hidrogénatomok alkalmazásával, H. Gonzalez-Herrero, JM Gomez-Rodriguez, P. Mallet, M. Moaied, JJ Palacios, C. Salgado, MM Ugeda, J.-Y. Veuillen, F. Yndurain és I. Brihuega, Science 352, 437 (2016)
A TMD Van der Waals heteroszerkezetei grafénon
STM/STS méréseket hajtottunk végre a Gr/SiC-re mechanikus hámlasztással vagy MBE-vel lerakódott 2D félvezető TMD-k, például a WSe2 vagy MoSe2 sávfelvételének és elektronikus sávszélességének feltérképezésére. Elemeztük, hogyan hangolja ezeket az elektronikus tulajdonságokat a hordozó és a statikus rendellenességek, például a lépcsőélek, az atomskála hibái, a töltött szennyeződések és a határok.
Együttműködések:
LNCMI Grenoble
SPINTEC Grenoble
Publikációk:
Van der Waals grafén/félvezető interfészek beolvasó alagút spektroszkópiája: Fermi-szintű rögzítés hiánya, T. Le Quang, V. Cherkez, K. Nogajewski, M. Potemski, MT Dau, M. Jamet, P. Mallet és J.- Y. Veuillen, 2D anyagok 4, 035019 (2017)
Atom-vékony átmenetifém-dikalkogenid filmek töltött hibáinak és széleinek okozta sávhajlítás, T. Le Quang, K. Nogajewski, M. Potemski, MT Dau, M. Jamet, P. Mallet és J.-Y. Veuillen, 2D 5. anyagok, 035034 (2018)
Topológiai fázisok
Topológiai fázisok a Dirac anyagokban
Grafén a kvantum Hall-rezsimben
Benjamin Sacépé, Hermann Sellier
Alexis Coissard, Corentin Deprez, Marco Guerra, Hadrien Vignaud
Helikális kvantum Hall-fázis grafénban SrTiO3-on
Új, kölcsönhatás által kiváltott topológiai fázist mutattunk be a grafén nulladik Landau-szintjén. Ez a szakasz főként szigetel és pár spin-szűrt, spirális élcsatornát mutat. Mérsékelt merőleges mágneses mező alatt jelenik meg, amikor a grafént egy magas k dielektromos szubsztrátum közelében helyezzük el. Ebben a munkában egy rendkívül robusztus kvantum spin Hall-hatást mutatunk be, amely mikron hosszú távolságokon akár 110 K-nak is ellenáll, ami új utat nyit meg a spintronika és a topológiai szupravezetés számára. Több információ
Publikációk:
Helikális kvantum Hall-fázis grafénben az SrTiO3-on, L. Veyrat, C. Déprez, A. Coissard, X. Li, F. Gay, K. Watanabe, T. Taniguchi, ZV Han, BA Piot, H. Sellier és B. Sacépé, Science 367, 781 (2020)
Finanszírozás:
ERC támogatás QUEST (2015-2020)
Kvantumpontaktusok a nagy mobilitású grafénben
A grafén energiahiányának hiánya nulla mágneses téren megnehezíti a nanoszerkezetek gyártását fém felületi kapuk alkalmazásával. Nagy mágneses mezőkben azonban a Landau-szintek kialakulása réseket hoz létre a spektrumban, és a vezető élcsatornák követik a kapuk elektrosztatikus potenciálját. Ebben a rendszerben kvantumpontaktusok valósíthatók meg az eszközön keresztül továbbított csatornák számának szabályozására. A grafénpehely két boro-nitridpehely közé is be lehet kapszulázva, hogy növelje annak elektronmobilitását. Egy ilyen heteroszerkezetben a Landau-szintek négyszeres degenerációja feloldódik, és a frakcionált kvantum Hall-hatást figyelték meg. Ennek a soha nem látott grafénminőségnek köszönhetően a kvantumpontaktus révén elértük az átadott áram pontos szabályozását, és most már összetettebb eszközök is tanulmányozhatók, például kvantum Hall-interferométerek. Több információ
Publikációk:
A kvantum Hall peremcsatornák hangolható átvitele teljes degenerációs emeléssel osztott kapuzású grafén készülékekben, K. Zimmermann, A. Jordan, F. Gay, K. Watanabe, T. Taniguchi, Z. Han, V. Bouchiat, H. Sellier, és B. Sacépé, Nature Communications 8, 14983 (2017)
A kapu által definiált szűkület alacsony mágneses terű rezsimje nagy mozgékonyságú grafénben, L. Veyrat, A. Jordan, K. Zimmermann, F. Gay, K. Watanabe, T. Taniguchi, H. Sellier és B. Sacépé, Nano Letters 19, 635 (2019)