Nanoelectronică cuantică și spectroscopie - QuNES (253) - Institut Neel
Spectroscopie locală și transport cuantic în materiale 2D și nanostructuri
QuNES
Obiective
Domeniile de cercetare QuNES cuprind fizica mezoscopică, nanoelectronica cuantică și știința suprafeței. Principalele subiecte sunt proprietățile electronice ale materialelor 2D, cum ar fi grafenul și dichalcogenidele metalelor de tranziție, ordinele topologice în materialele Dirac, termodinamica cuantică, dispozitivele supraconductoare hibride, fizica multicorpului în punctele cuantice semiconductoare și contactele punctuale și supraconductorii puternic dezordinați. Originalitatea echipei QuNES este de a combina măsurători de transport cuantic cu măsurători de sondă locale, utilizând microscopie de scanare și spectroscopie de tunel, microscopie de forță atomică și microscopie de poartă de scanare, la temperatură foarte scăzută, în vid ultra ridicat și sub câmpuri magnetice ridicate.
Prezentare generală
Proprietăți electronice ale materialelor 2D
Grafen și dichalcogenide ale metalelor de tranziție
Faze topologice în materialele Dirac
Grafen în regimul cuantic Hall
Termodinamica dispozitivelor cuantice
Transport termic folosind joncțiuni hibrid supraconductoare
Extensie cloud Kondo în jurul punctelor cuantice
Investigarea porții de scanare a norului de screening Kondo
Superconductori puternic dezordinați
Filme superconductoare amorfe
Materiale 2D
Proprietăți electronice ale materialelor 2D
Grafen și dichalcogenide ale metalelor de tranziție
Pierre Mallet, Jean-Yves Veuillen
Inducerea magnetismului în grafen cu atomi de hidrogen
Se prevede că atomii de hidrogen izolați absorbiți pe grafen induc momente magnetice. Aici demonstrăm, utilizând STM completat de calculele primelor principii, că adsorbția unui singur atom de H pe grafen induce un moment magnetic caracterizat printr-o stare de 20 meV spin-split la energia Fermi. Utilizând vârful STM pentru a manipula atomii de H cu precizie atomică, este posibil să se adapteze magnetismul regiunilor de grafen selectate.
Colaborări:
Universitatea Autonomă de Madrid
Publicații:
Controlul la scară atomică al magnetismului grafenului prin utilizarea atomilor de hidrogen, H. Gonzalez-Herrero, JM Gomez-Rodriguez, P. Mallet, M. Moaied, JJ Palacios, C. Salgado, MM Ugeda, J.-Y. Veuillen, F. Yndurain și I. Brihuega, Știința 352, 437 (2016)
Heterostructurile Van der Waals ale TMD pe grafen
Am efectuat măsurători STM/STS pentru cartografierea onsets-urilor de bandă și bandgap-ului electronic al TMD-urilor semiconductoare 2D precum WSe2 sau MoSe2 depuse pe Gr/SiC prin exfoliere mecanică sau MBE. Am analizat modul în care aceste proprietăți electronice sunt reglate de substrat și de tulburarea statică, cum ar fi marginile treptelor, defectele la scară atomică, impuritățile încărcate și limitele.
Colaborări:
LNCMI Grenoble
SPINTEC Grenoble
Publicații:
Scanarea spectroscopiei prin tunel a interfețelor grafen/semiconductor van der Waals: absența fixării la nivel Fermi, T. Le Quang, V. Cherkez, K. Nogajewski, M. Potemski, MT Dau, M. Jamet, P. Mallet și J.- Y. Veuillen, 2D Materials 4, 035019 (2017)
Îndoirea benzii indusă de defecte încărcate și margini ale filmelor de dichalcogenură din metal de tranziție subțire atomic, T. Le Quang, K. Nogajewski, M. Potemski, MT Dau, M. Jamet, P. Mallet și J.-Y. Veuillen, 2D Materiale 5, 035034 (2018)
Faze topologice
Faze topologice în materialele Dirac
Grafen în regimul cuantic Hall
Benjamin Sacépé, Hermann Sellier
Alexis Coissard, Corentin Deprez, Marco Guerra, Hadrien Vignaud
Faza cuantică elicoidală Hall în grafen pe SrTiO3
Am dezvăluit o nouă fază topologică indusă de interacțiune la nivelul zero Landau al grafenului. Această fază este izolantă în vrac și prezintă o pereche de canale de margine elicoidale filtrate prin rotire. Apare sub câmp magnetic perpendicular moderat atunci când grafenul este plasat în apropierea unui substrat dielectric de înaltă k. În această lucrare am demonstrat un efect Hall cuantic remarcabil de robust, care rezistă până la 110 K pe distanțe lungi de microni, ceea ce deschide o nouă cale pentru spintronică și superconductivitate topologică. Mai multe informatii
Publicații:
Faza cuantică elicoidală Hall în grafen pe SrTiO3, L. Veyrat, C. Déprez, A. Coissard, X. Li, F. Gay, K. Watanabe, T. Taniguchi, ZV Han, BA Piot, H. Sellier și B. Sacépé, Știința 367, 781 (2020)
Finanțări:
ERC grant QUEST (2015-2020)
Contacte punct cuantice în grafen cu mobilitate ridicată
Absența decalajului de energie în grafen la câmp magnetic zero face dificilă fabricarea nanostructurilor folosind porți de suprafață metalice. Cu toate acestea, în câmpuri magnetice mari, formarea nivelurilor Landau creează goluri în spectru, iar canalele de margine conductoare urmăresc potențialul electrostatic al porților. În acest regim, se pot realiza contacte punctuale cuantice pentru a controla numărul de canale transmise prin dispozitiv. Fulgiul de grafen poate fi, de asemenea, încapsulat între doi fulgi de boro-nitrură pentru a spori mobilitatea electronilor săi. Într-o astfel de heterostructură, degenerarea de patru ori a nivelurilor Landau este ridicată și a fost observat efectul cuantic fracționat Hall. Datorită acestei calități fără precedent a grafenului, am obținut un control precis al curentului transmis printr-un contact punct cuantic, iar acum pot fi studiate dispozitive mai complexe, cum ar fi interferometrele cuantice Hall. Mai multe informatii
Publicații:
Transmisie reglabilă a canalelor cuantice Hall cu ridicare completă a degenerescenței în dispozitive de grafen cu porți separate, K. Zimmermann, A. Jordan, F. Gay, K. Watanabe, T. Taniguchi, Z. Han, V. Bouchiat, H. Sellier, și B. Sacépé, Nature Communications 8, 14983 (2017)
Regimul câmpului magnetic scăzut al unei constricții definite de poartă în grafenul cu mobilitate ridicată, L. Veyrat, A. Jordan, K. Zimmermann, F. Gay, K. Watanabe, T. Taniguchi, H. Sellier și B. Sacépé, Nano Letters 19, 635 (2019)