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STUDIO DI TRASPORTO ELETTRICO E QUANTISTICO IN NANOSTRUTTURE MONO E BIDIMENSIONALI

Lo scopo del progetto è lo studio del trasporto elettrico e quantistico in nanostrutture nonché la fabbricazione e la caratterizzazione di dispositivi fabbricati con materiali nano strutturati. Le azioni della nostra ricerca saranno così suddivise: A) Trasporto quantistico in giunzioni con materiali bidimensionali: grafene, isolanti topologici e superconduttori. B) Fabbricazione e caratterizzazione elettrica ed ottica di film sottili, eterogiunzioni, transistor ad effetto di campo e strutture TLM basati su fogli di grafene, e di altri materiali bidimensionali (MoS2, WSe2, etc). A) In questo ambito il progetto si propone di esplorare la generazione di correnti polarizzate in giunzioni a base di grafene, in cui un foglio di grafene è interfacciato ad un superconduttore. Nel modello teorico il trasporto polarizzato di spin sarà veicolato dalla modulazione delle barriere di interfaccia dove ha luogo il fenomeno della doppia rifrazione di spin. Ci proponiamo poi di studiare gli effetti di prossimità superconduttiva, sia nel caso di giunzioni con contatti superconduttivi che nel caso di isole superconduttive localizzate sulla superficie del grafene. Il ruolo degli effetti di impurezze localizzate o di tagli, con opportune geometrie, sarà oggetto di studio. Un altro ramo della ricerca riguarderà lo studio dei fenomeni topologici nel trasporto in varie eterostrutture in presenza di interazione spin-orbita. Tra i materiali che saranno considerati ci sono, oltre il grafene, gli isolanti topologici bidimensionali e gli isolanti cristallini, dove la presenza di simmetrie per inversione temporale o per inversione spaziale giocano un ruolo fondamentale per la presenza di stati di edge conduttivi. L'analisi sarà basata sull'approccio dei campi di scattering e sulle funzioni di Green di non-equilibrio, nonché su approcci tight-binding per sistemi finiti. Un'analisi attenta della fenomenologia del trasporto quantistico in funzione dei voltaggi applicati e della temperatura sarà rilevante per le future applicazioni sperimentali. B. Il gruppo si impegnerà principalmente nella fabbricazione e nella misura delle caratteristiche elettriche e della risposta ottica di film sottili, di eterogiunzioni e di transistor con grafene e MoS2 (e probabilmente anche di film polimerici e di di nanotubi di carbonio). Priorità verrà data alle eterogiunzioni grafene/semiconduttore per la realizzazione di diodi Schottky da usare come fotorivelatori, celle solari, sensori chimici o come piattaforma per lo studio di fenomeni di interfaccia tra sistemi 2D e 3D. I materiali nanostrutturati saranno ottenuti con tecniche di Chemical Vapour Deposition (CVD) o con esfoliazione meccanica e saranno caratterizzati con tecniche ottiche, Raman, di microscopia a fascio elettronico (SEM, TEM) e a scansione di sonda (AFM ed STM). I dispositivi saranno fabbricati con tecniche di litografia a fascio elettronico (EBL), con contatti metallici ottenuti per sputtering o evaporazione eossidi depositati con tecniche CDV o ALD (atomic layer deposition). I film sottili verranno studiati per il loro possibile uso come sensori o come filler in materiali compositi. Le eterostrutture verranno utilizzate per la determinazione dei meccanismi di trasporto in presenza di barriere tra materiali di diversa dimensionalità e caratteristiche elettroniche, oltre che per le possibilità applicative. Sono state già realizzate eterogiunzioni con grafene trasferito su silicio patternato per formare degli array di nanopunte che hanno dimostrato sensibilità record come fotorivelatori nel visibile e nel vicino infrarosso. Il gruppo intende proseguire tale attività con la fabbricazione di dispositivi di simile geometria ma su semiconduttori a bandgap diretto o a piccolo bandgap; focalizzerà inoltre la propria attenzione sulla possibilità di attivare meccanismi di guadagno interno per aumentare ulteriormente la fotorisposta. Si continuerà inoltre con la fabbricazione di transistor adeffetto di campo.