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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 nano strutture nonché la fabbricazioni di dispositivi con materiali nano strutturati. Le azioni della nostra ricerca saranno così suddivise:A)Trasporto quantistico in giunzioni con materiali bidimensionali, isolanti topologici e superconduttori.B)Fabbricazione e caratterizzazione teorico/sperimentale di transistor ad effetto di campo a base di grafene e di nanotubi di carbonio. A1. Un obiettivo riguarderà lo studio del trasporto negli isolanti topologici bidimensionali in geometrie sperimentalmente realizzabili in presenza di tunneling tra gli stati di edges quando questi vengono avvicinati mediante dei punti di contatto o nel caso di canali lunghi. Indagheremo le fluttuazioni delle correnti di carica (rumore) in presenza di voltaggi esterni che si accoppiano diversamente agli stati di bordo per individuare le caratteristiche legate alla presenza di interazione di tipo Coulombiano (bloccaggio colombiano) e quelle proprie degli stati elicali. A2. Relativamente alle giunzioni normale/superconduttore (N/S) analizzeremo l’effetto dell’ interfaccia mediante la generalizzazione della teoria BTK con l’introduzione di potenziali effettivi che descrivono gli effetti di prossimità. Nel formalismo si terrà conto anche dell’effetto dell’interazione spin-orbita in prossimità di un superconduttore per individuare fermioni di Majorana. L'analisi sarà basata sull'approccio dei campi di scattering e sulle funzioni di Green di non-equilibrio. Un'analisi attenta della fenomenologia del trasporto in funzione dei voltaggi applicati e della geometria sarà rilevante per le future osservazioni ed applicazioni sperimentali.B. L’attività più sperimentale nell’ambito del progetto sarà incentrata sulla realizzazione e sulla caratterizzazione di transistor ad effetto di campo a base di grafene (e possibilmente di altri materiali bidimensionali) e di nanotubi di carbonio con contatti di niobio ed altri materiali utili per l’elettronica. Per realizzare i dispositivi saranno isolati fogli di grafene (flake) per esfoliazione da grafite pirolitica (mediante il metodo “scotch-tape”) o nanotubi ottenuti per CVD e poi posizionati su substrati di ossido di silicio. Le geometrie dei dispositivi saranno definite attraverso metodi di litografia a fascio elettronico e sputtering. Una volta realizzati, i campioni saranno caratterizzati elettricamente attraverso misure di transconduttanza (corrente di canale in funzione della tensione di gate) e di output (caratteristiche tensione-corrente per diversi valori fissati di tensione di gate) al fine di verificare le proprietà di funzionamento dei transistor prodotti. L’analisi sperimentale sarà particolarmente rivolta alla comprensione degli effetti causati dalla variazione di pressione e dal bombardamento con fascio elettronico sul materiale che costituisce il canale del transistor (grafene o nanotubi di carbonio) nonché all’interazione di tale materiale con i contatti metallici.