Квантова наноелектроніка та спектроскопія - QuNES (253) - Institut Neel
Локальна спектроскопія та квантовий транспорт у 2D-матеріалах та наноструктурах
QuNES
Цілі
Дослідницькі галузі QuNES охоплюють мезоскопічну фізику, квантову наноелектроніку та науку про поверхні. Основними темами є електронні властивості 2D матеріалів, таких як графен та дихалкогеніди перехідних металів, топологічні порядки в матеріалах Дірака, квантова термодинаміка, гібридні надпровідні пристрої, фізика багатьох тіл у напівпровідникових квантових точках та точкових контактах, а також сильно невпорядковані надпровідники. Оригінальність команди QuNES полягає у поєднанні квантових транспортних вимірювань з локальними вимірювальними зондами за допомогою скануючої тунельної мікроскопії та спектроскопії, атомно-силової мікроскопії та скануючої затворної мікроскопії при дуже низькій температурі, в ультрависокому вакуумі та під сильними магнітними полями.
Огляд
Електронні властивості 2D матеріалів
Графен та дихалкогеніди перехідних металів
Топологічні фази в матеріалах Дірака
Графен в квантовому режимі Холла
Термодинаміка квантових приладів
Тепловий транспорт за допомогою гібридних надпровідних переходів
Розширення хмари Кондо навколо квантових точок
Дослідження скануючих воріт хмари скринінгу Kondo
Сильно невпорядковані надпровідники
Аморфні надпровідні плівки
2D матеріали
Електронні властивості 2D матеріалів
Графен та дихалкогеніди перехідних металів
П’єр Малле, Жан-Ів Вейєн
Індукування магнетизму в графені атомами водню
Ізольовані атоми водню, поглинені графеном, передбачають індукувати магнітні моменти. Тут ми демонструємо, використовуючи СТМ, доповнену розрахунками перших принципів, що адсорбція одного атома Н на графені індукує магнітний момент, що характеризується спіновим розщепленим станом 20 меВ при енергії Фермі. Використовуючи наконечник STM для атомарної точності атомів Н, можна адаптувати магнетизм вибраних областей графена.
Співпраця:
Мадридський університет
Публікації:
Атомний контроль графенового магнетизму за допомогою атомів водню, Х. Гонсалес-Ерреро, Дж. М. Гомес-Родрігес, П. Маллет, М. Моайед, Дж. Дж. Паласіос, К. Сальгадо, М. М. Угеда, Ж.-Й. Вейлен, Ф. Індурейн та І.Бріхуега, Наука 352, 437 (2016)
Ван дер Ваальсові гетероструктури TMD на графені
Ми провели вимірювання STM/STS для картографування поясів смуг та електронного зазору 2D напівпровідних TMD, таких як WSe2 або MoSe2, нанесених на Gr/SiC механічним відшаруванням або MBE. Ми проаналізували, як ці електронні властивості налаштовуються підкладкою та статичними розладами, такими як ребра кроків, дефекти атомної шкали, заряджені домішки та межі.
Співпраця:
LNCMI Гренобль
SPINTEC Гренобль
Публікації:
Скануюча тунельна спектроскопія інтерфейсів ван-дер-Ваальса графен/напівпровідник: відсутність закріплення рівня Фермі, Т. Ле Куанг, В. Черкез, К. Ногаєвський, М. Потемський, М. Т. Дау, М. Жаме, П. Маллет та Дж. - Ю. Вейлен, 2D матеріали 4, 035019 (2017)
Вигин смуги, спричинений зарядженими дефектами та краями атомно-тонких плівок дихалкогенідних перехідних металів, Т. Ле Куанг, К. Ногаєвський, М. Потемскі, М. Т. Дау, М. Жаме, П. Маллет та Дж. - Й. Вейлен, 2D Матеріали 5, 035034 (2018)
Топологічні фази
Топологічні фази в матеріалах Дірака
Графен в квантовому режимі Холла
Бенджамін Сапепе, Герман Сельє
Алексіс Коассар, Корентен Депре, Марко Герра, Адрієн Віньо
Спіральна квантова фаза Холла в графені на SrTiO3
Ми відкрили нову топологічну фазу, зумовлену взаємодією, на нульовому рівні графену Ландау. Ця фаза є ізолюючою в основному і демонструє пару спін-фільтрованих спіралеподібних каналів. Він виникає під помірним перпендикулярним магнітним полем, коли графен знаходиться поблизу високоефективної діелектричної підкладки. У цій роботі ми демонструємо надзвичайно потужний квантовий спіновий ефект Холла, який витримує до 110 К на відстані довжиною мкм, що відкриває новий шлях для спінтроніки та топологічної надпровідності. Більше інформації
Публікації:
Спіральна квантова фаза Холла в графені на SrTiO3, Л. Вейрат, К. Депре, А. Койсар, X. Лі, Ф. Гей, К. Ватанабе, Т. Танігучі, З. В. Хан, Б. А. Піот, Х. Сельє та Б. Sacépé, Science 367, 781 (2020)
Фінансування:
Грант ERC QUEST (2015-2020)
Квантово-точкові контакти в графіні з високою рухливістю
Відсутність енергетичного зазору в графені при нульовому магнітному полі ускладнює виготовлення наноструктур з використанням металевих поверхневих затворів. Однак у великих магнітних полях утворення рівнів Ландау створює прогалини в спектрі, а провідні крайові канали слідують за електростатичним потенціалом затворів. У цьому режимі квантові точкові контакти можуть бути реалізовані для управління кількістю каналів, що передаються через пристрій. Графенова пластівця також може бути інкапсульована між двома боронітридними пластівцями, щоб підвищити її рухливість електронів. У такій гетероструктурі піднімається чотириразове виродження рівнів Ландау, і спостерігається дробовий квантовий ефект Холла. Завдяки цій безпрецедентній якості графена ми досягли точного контролю переданого струму через контакт квантової точки, і тепер можна вивчати більш складні пристрої, такі як квантові інтерферометри Холла. Більше інформації
Публікації:
Настроювана передача квантових каналів краю Холла з повним виродженням підніманням у графенових пристроях із розщепленими воротами, К. Ціммерманн, А. Джордан, Ф. Гей, К. Ватанабе, Т. Танігучі, З. Хань, В. Бушіа, Х. Сельє, та Б. Сасепе, Nature Communications 8, 14983 (2017)
Режим низького магнітного поля звуження, визначеного воротами, у графені з високою рухливістю, Л. Вейрат, А. Джордан, К. Ціммерманн, Ф. Гей, К. Ватанабе, Т. Танігучі, Х. Сельє та Б. Сасепе, Nano Letters 19, 635 (2019)
Фінансування:
Грант ERC QUEST (2015-2020)
Квантова термодинаміка
Термодинаміка квантових приладів
Тепловий транспорт за допомогою гібридних надпровідних переходів
Клеменс Вінкельманн, Ерве Куртуа
Даніал Маджиді, Ефе Гумус
Тепловий транспорт в одноелектронних транзисторах
Тепловий транспорт у квантових приладах є цікавою, але вкрай невивченою темою досліджень. Ми проводили вимірювання теплового транспорту через один електронний транзистор (SET), де теорія передбачає порушення деяких фундаментальних законів фізики. Тепловий градієнт застосовується через SET шляхом охолодження або нагрівання джерела (ліворуч) з упередженим з'єднанням NIS, тоді як злив (праворуч) нагрівається до температури ванни. Вимірюючи температуру джерела як функцію прикладеної напруги затвора за допомогою іншого переходу NIS, ми спостерігали періодичну модуляцію теплопровідності через SET, що демонструє сильне відхилення від звичайного закону Відемана-Франца щодо заряду і теплопровідності.
Публікації:
Теплопровідність одноелектронного транзистора, Б. Дутта, Й. Т. Пелтонен, Д. С. Антоненко, М. Мешке, М. А. Скворцов, Б. Кубала, Й. Кеніг, Ч. Б. Вінкельман, Х. Куртуа та Й. П. Пекола, Фіз. Преподобний Lett. 119, 077701 (2017)
Фінансування:
Фонд нанонаук Кафедра досконалості Дж. П. Пеколи
ЛАНЕФ стипендія Ефе Гумуса
Марія Кюрі ITN проект QuESTech
Одноелектронний турнікет із використанням наночастинок золота
Перенос електрона через квантові точки, сполучені з надпровідними відведеннями, демонструє різкий провідний провід, коли орбітальний рівень КТ перетинає один із надпровідних піків когерентності. Використовуючи окремі наночастинки золота, з'єднані з електромігруючими алюмінієвими відведеннями, ми показали, що гібридизація рівнів КТ із відведеннями сильно посилюється розбіжною щільністю станів на краю надпровідного зазору. Цей результат підкреслює важливість ефектів котунелінгу в спектроскопіях із надпровідними зондами. У режимі, коли струм транспортується через один рівень і рухається змінною напругою затвора, ми продемонстрували роботу з одним електроном-турнікетом з дуже вузьким розподілом енергії та вищим імунітетом до нерівноважних квазічастинок відведень.
Публікації:
Зондуюча гібридизація одного енергетичного рівня, сполученого із надпровідними відведеннями, Д. М. Т. ван Зантен, Ф. Балестро, Х. Куртуа та К. Б. Вінкельман, фіз. Преподобний B 92, 184501 (2015)
Електронний турнікет з одиночним квантовим рівнем, Д. М. Т. ван Зантен, Д. М. Баско, І. М. Хаймович, Й. П. Пекола, Х. Куртуа та К. Б. Вінкельман, Фіз. Преподобний Lett. 116, 166801 (2016)
Фінансування:
Фонд нанонаук Кафедра досконалості Дж. П. Пеколи
ЛАНЕФ стипендія Альваро Гарсія-Корал
Марія Кюрі ITN проект QuESTech
Хмара Кондо
Розширення хмари Кондо навколо квантових точок
Дослідження скануючих воріт хмари скринінгу Kondo
Герман Сельє, Бенджамін Сачепе
Фокус Дієго
Розширення хмари Кондо навколо квантових точок
Визначені воротами напівпровідникові квантові точки представляють перспективні об'єкти для квантової інженерії. Цей проект досліджує просторове розширення стану Кондо багатьох тіл, яке розвивається навколо цих квантових точок при дуже низькій температурі. Ця хмара Кондо - дуже заплутаний стан, який може бути використаний для когерентного з'єднання віддалених квантових точок, віддалених на кілька мікрон. У цьому проекті ми використовуємо скануючу мікроскопію воріт, комбінований експеримент з транспортуванням та скануючим зондом, щоб виміряти просторове розширення хмари Кондо та дослідити опосередковану Кондо когерентну зв'язок між двома квантовими точками.
Співпраця:
Серж Флоренс (NEEL, команда ThQC)
Луї Янсен, Марк Санкер (CEA/INAC, Гренобль, Франція)
Домінік Мейллі, Ульф Гензер (CNRS/C2N, Palaiseau, Франція)
Бенуа Хакенс, Вінсент Байо (UCL/IMCN, Лувен, Бельгія)
Фінансування:
ANR KONEX (2019-2023) KONdo-хмарне розширення навколо квантових точок
Аномалії провідності в квантових точкових контактах
Електронно-електронна взаємодія в QPC призводить до аномалій провідності нижче першого квантованого плато при 2е²/год, що називається 0,7 аномалією та аномалією нульового зміщення. Використовуючи скануючу мікроскопію воріт, ми спостерігали повторюване розщеплення аномалії нульового зміщення, коли кінчик наближається до QPC і регулює довжину квазі-1D-каналу, вказуючи на утворення локалізованого електронного ланцюга в межах звуження, свого роду 1D-вігнера кристал. Скануюча інтерферометрія затвора, близька до QPC, виявила фазовий зсув електронних перешкод в діапазоні зміщення аномалії нульового зміщення, що трактується як сигнатура локалізованих станів в звуженні з ефектом Кондо. Ми також запровадили нову техніку, яка називається термоелектричною скануючою мікроскопією воріт для зондування квантових явищ шляхом вимірювання термоелектричної напруги на QPC замість провідності. Ця техніка виявила новий зсув фази в інтерференції, викликаній наконечником, при дуже низькій провідності.
Публікації:
Фізика Вігнера і Кондо в "Квантових точках", виявлена за допомогою скануючої мікроскопії воріт, Б. Брун, Ф. Мартінс, С. Фаніель, Б. Хакенс, Г. Башельє, А. Каванна, К. Улісс, А. Оуергі, У. Генсер, Д. Мейллі, С. Хаант, В. Байо, М. Санкер та Х. Селліє, Nature Communications 5, 4290 (2014)
Зміщення фази електрона при аномалії нульового зміщення контактів Quantum Point, Б. Брун, Ф. Мартінс, С. Фаніель, Б. Хакенс, А. Каванна, Ч. Уліс, А. Уергі, У. Генсер, Д. Мейллі, P. Simon, S. Huant, V. Bayot, M. Sanquer та H. Sellier, Phys. Преподобний Lett. 116, 136801 (2016)
Інтерференційні особливості в скануючих картах провідності затворних квантових точкових контактів з розладом, К. Коласінський, Б. Шафран, Б. Брун та Х. Сельє, Фіз. Преподобний B 94, 075301 (2016)
Термоелектрична скануюча інтерферометрія на контакті з квантовою точкою, Б. Брун, Ф. Мартінс, С. Фаніель, А. Каванна, К. Улісс, А. Оуергі, У. Генсер, Д. Мейлі, П. Саймон, С. Хаант, М. Sanquer, H. Sellier, V. Bayot та B. Hackens, Phys. Преподобний Застосовано 11, 034069 (2019)
Надпровідники
Сильно невпорядковані надпровідники
Аморфні надпровідні плівки
Стажування та робота
Ю-Шиба-Русінов заявляє про надпровідний графен
Типове положення: Майстер 2 стажування та дипломні роботи
Ізольовані магнітні домішки всередині надпровідника забезпечують обмінний механізм розсіювання, який, як відомо, діє як надзвичайно чутливий зонд надпровідного стану. Зокрема, такі домішки породжують зв’язані стани при енергіях нижче надпровідного зазору, відомих як стани Ю-Шиби-Русінова. Метою цього докторського проекту є розгляд фізики цих зв’язаних станів у надпровідному графені. Для цього робота буде спиратися на зразки графену, вирощені на надпровідному ренії. Магнітні домішки будуть розроблені шляхом розміщення окремих магнітних атомів/молекул на поверхні. Атомно-розрізнена структура та електронна щільність станів у системі будуть досліджені до дуже низької температури (50 мК) за допомогою скануючого тунельного мікроскопа. Тим самим ми розкриємо поки що незвідані аспекти надпровідного стану в графені, який є унікальним, оскільки квазічастинки графена є безмасовими ферміонами Дірака.
Виявлення елементарних дисипативних процесів у квантових пристроях
Типове положення: Майстер 2 стажування та дипломні роботи
Контакт: ВІНКЕЛЬМАН Клеменс - 0476887836
Метою цього проекту є виявлення тепла, яке виділяється двома найбільш елементарними дисипативними процесами в квантових електронних пристроях. Перший з них - тунелювання окремого електрона. Крім того, у надпровідних пристроях транспорт електронів в принципі не розсіюється. Тим не менше, над деяким порогом щільності струму квантова фаза надпровідного конденсату сильно скручена. Це може призвести до окремих 2π-фазових ковзань у Джозефсонівському переході, які забезпечують елементарну цеглу розсіювання в надпровідної електроніці. Ми виявимо енергію, що виділяється внаслідок таких окремих тунельних подій, електрона або квантової фази.