Lépések topologikus szupravezető állapotok vizsgálatára alkalmas grafénalapú áramkörök megvalósítása felé
Felfedezése óta [1] a grafén rendkívüli hatást gyakorolt a szilárdtestfizikai kutatások irányvonalára és napjainkban is az egyik legintenzívebben kutatott kétdimenziós anyag maradt. A grafén a szén egy allotrop módosulata, amit egyetlen kétdimenziós hatszögrácsban elhelyezkedő szénatomok építenek fel és ami közismert kiemelkedő mechanikai és elektromos tulajdonságairól. Egy újszerű módszer ezen elektromos tulajdonságok megőrzésére az ún. van der Waals heterostruktúrák készítése, aminek során a grafént egy kétdimenziós szigetelő anyag, például hexagonális bór-nitrid (hBN) rétegei közé helyezzük [2]. A hBN mellett kétdimenziós anyagok egész családját alkalmazhatjuk ilyen heterostruktúrákban, ami lehetővé teszi számunkra a grafén bizonyos tulajdonságainak céljainkra szabását. Erre egy kurrens példa az átmenetifém dikalkogenidek (transition metal dichalcogenide, TMDC) alkalmazása, amelyek segítségével erős spin-pálya kölcsönhatás indukálható grafénben [3]. Egy új és érdekes ága a grafénkutatásnak a szupravezetéshez kapcsolódó jelenségek vizsgálata, amelyek közül kiemelendő, hogy az elméleti munkák topologikus szupravezető állapotok megjelenését jósolják kvantum Hall élállapotok vagy indukált spin-pálya kölcsönhatás és szupravezetés együttes jelenléte esetén [4][5].
Ezen dolgozat célja olyan grafénen alapuló kvantumáramkörök létrehozásának megalapozása, amelyek segítségével ilyen topologikus szupravezető állapotok tanulmányozhatóak. Ehhez mindenek előtt szükséges nagy tisztaságú grafén minták létrehozása. Továbbá, elengedhetetlen olyan szupravezető anyagok keresése, amelyek alkalmasak ilyen grafén mintákon kontaktus létesítésére és ugyanakkor képesek elviselni a kvantum Hall tartomány eléréséhez szükséges nagy mágneses tereket. Végül, szükséges olyan minták készítése, amelyekben megvizsgálható a TMDC-k által indukált spin-pálya kölcsönhatás. A dolgozatban bemutatásra kerülnek az első lépések, amelyek hosszú távon a topologikus szupravezető állapotok vizsgálatára alkalmas minták készítését lehetővé tehetik. Ezen belül összefoglaljuk a nagy tisztaságú hBN-be és WSe2-be csomagolt grafénen alapuló kvantumáramkörök készítését. Utóbbi anyag a TMDC-k családjába tartozik, segítségével lehetőségünk nyílik az indukált spin-pálya kölcsönhatás vizsgálatára is. Továbbá, tárgyalásra kerül a szupravezető kontaktusok készítése, valamint az elkészült minták alacsony hőmérsékletű transzportmérése is.
Irodalom:
1. K. S. Novoselov et al., „Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films,” Oct. 2004.
2. D. G. Purdie et al., “Cleaning Interfaces in Layered Materials Heterostructures”, arXiv:1803.00912, Mar. 2018.
3. M. Gmitra and J. Fabian, “Proximity effects in bilayer graphene on monolayer WSe_2: Field-effect spin-valley locking, spin-orbit valve, and spin transistor,” Phys. Rev. Lett. 119, 146401, Jun. 2017.
4. Gil-Ho Lee et al., „Inducing superconducting correlation in quantum Hall edge states”, Nature Physics volume 13, 693–698, 2017
5. P. San-Jose et al., „Majorana Zero Modes in Graphene”, Phys. Rev. X 5, 041042, Dec. 2015
szerző
-
Kedves Máté
Fizikus mesterképzési szak (MSc)
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Makk Péter
Tudomanyos munkatars, Fizika Tanszék