КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 20-42-09033
НазваниеТопологические квантовые нанокристаллические структуры
Руководитель Столяров Василий Сергеевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №37 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (ANR)
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-209 - Низкие температуры и сверхпроводимость
Ключевые слова Сверхпроводимость, топологический изолятор, эффект Джозефсона, сканирующий туннельный микроскоп, Сканирующая магнитная микроскопия, тонкие пленки, наноструктуры, цифровая логика, квантовая логика, топологический изолятор, СТМ/СТС исследования.
Код ГРНТИ29.19.29
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В последнее время в поисках новых квантовых состояний и функциональных возможностей быстро растет число исследований сверхпроводящих гибридных структур с использованием топологических изоляторов (TИ). Цель таких работ состоит в индуцировании сверхпроводящих корреляций из сверхпроводника (С) в TИ, сохранив при этом уникальные особенности электронных свойств TИ материала. Интерес к указанным системам возник в значительной степени из-за возможности комбинации электрон-дырочной симметрии квазичастиц, присущей сверхпроводникам, с геликоидальной природой электронных состояний в топологических материалах, что открывает перспективы реализации майорановских состояний с нулевой энергией. На данный момент в ряде теоретических работ предложены структуры на основе С/TИ гибридов, где возможна реализация топологической сверхпроводимости, а следовательно и майорановских состояний. Когерентное манипулирование и запутанность таких состояний представляет огромный интерес для квантовых вычислений вследствие их неабелевой статистики.
В то же время, контролируемая реализация топологически защищенной сверхпроводимости в ТИ остается сложной нерешенной задачей, требующей преодоления двух существенных проблем: (i) прецизионный контроль свойств интерфейсов С/TИ и (ii) реализация баллистического режима в гибридных устройствах С/TИ. Для решения этих задач, настоящий проект ставит целью реализацию и изучение баллистических структур С/TИ, сочетающих сверхпроводящие и топологические свойства, с акцентом на нелокальные эффекты в таких системах. Будут использованы новые оригинальные методы и подходы в рамках следующих направлений: (i) реализация С/ТИ устройств на основе самостоятельно синтезированных PVD методом высококачественных нанокристаллов 3D топологических изоляторов с размерами, чистотой и хорошо контролируемой геометрией, обеспечивающими достижение баллистического режима, усиливающего вклад топологических каналов в общую электрическую проводимость; (ii) исследование полученных С/ТИ структур с помощью DC и RF методик в диапазоне температур 20mK - 4К, а также с использованием UHV низкотемпературной AFM/STM/STS микроскопии. Такие комплексные исследования позволят изучить следующие явления: андреевские топологические состояния, критическую плотность сверхпроводящих токов, ток-фазовые соотношения в гибридных джозефсоновских структурах на основе С/ТИ, спектры элементарных возбуждений в зависимости от зонной структуры ТИ; (iii) построение теоретических моделей, описывающие свойства экспериментально изучаемых С/ТИ структур.
Таким образом, основная цель данного проекта заключается в реализации и изучении баллистических структур на основе контактов С/TИ в рамках российско-французского сотрудничества, объединяющего все необходимые технологические ноу-хау. Используя успешный опыт предыдущего сотрудничества российской и французской групп, планируется разработка UHV-совместимых средств для роста ТИ, что является важным технологическим шагом для создания чистых интерфейсов С/TИ. В рамках проекта UHV-совместимая система синтеза будет впервые создана как в России, так и у французских партнеров. Взаимодополняемость российской (изготовление, характеризация, теоретическое моделирование, STM/STS спектроскопия) и французской (DC/RF транспорт, STM/STS спектроскопия) команд обеспечит получение фундаментальных результатов высокого уровня, Результаты работ будут опубликованы в лидирующих изданиях мира и заложат основы новых технологий изготовления перспективных топологически защищенных устройств для квантовой электроники.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
В. С. Столяров, Д.С. Яковлев, А.Н. Козлов, О. В. Скрябина, Д. С. Львов, А. И. Гумаов, О. В. Емельянова, П. С. Джумаев, И. В. ov, , Р. А. Оганесян, С. В. Егоров, А. М. Кокотин, В. В. Поносов, В. В. Рязанов, М. Ю. Куприянов, А. А. Голубов, Д. Родичев
Josephson current mediated by ballistic topological states in BiTeSe single nanocrystals
Communications Materials (год публикации - 2020)
10.1038/s43246-020-0037-y
2. М. Ланкхорст, Т. Янсен, А. Бринкман, А. А. Голубов Majorana bound state manipulation by current pulses Superconducting Science and Technology (год публикации - 2020)
Публикации
1.
М. Ланкхорст, Т. Янсен, А. Бринкман, А.А. Голубов
Majorana bound state manipulation by current pulses
Superconductor Science and Technology, 34, 035024 (год публикации - 2021)
10.1088/1361-6668/abdd7f
2.
Рикидзо Яно, Андрей Кудряшов, Хиширо Т. Хиросе, Тайки Цуда, Хироми Касивайя, Такао Сасагава, Александр А. Голубов, Василий С. Столяров, Сатоши Кашивая
Magnetic Gap of Fe-Doped BiSbTe2Se Bulk Single Crystals Detected by Tunneling Spectroscopy and Gate-Controlled Transports
J. Phys. Chem. Lett., 12, 4180−4186 (год публикации - 2021)
10.1021/acs.jpclett.1c00869
3.
Василий С. Столяров, Стефан Понс, Серджио Влайч, Сергей В. Ремизов, Дмитрий С. Шапиро, Кристоф Брун, Сергей И. Божко, Тристан Крен, Татьяна В. Меньщикова, Евгений В. Чулков, Вальтер В. Погосов, Юрий Е. Лозовик и Дмитрий Родичев
Superconducting Long-Range Proximity Effect through the Atomically Flat Interface of a Bi2Te3 Topological Insulator
J. Phys. Chem. Lett., 12, 9068−9075 (год публикации - 2021)
10.1021/acs.jpclett.1c02257
4.
В. С. Столяров, *В. А. Шейна, Д. А. Хохлов, С. Влайч, С. Понс, Х. Обен, Р. С. Акзянов, А. С. Васенко, Т. В. Меньщикова, Е. В. Чулков, А. А. Голубов, Т. Крен, Д. Родичев
Disorder-Promoted Splitting in Quasiparticle Interference at Nesting Vectors
J. Phys. Chem. Lett., 12, 3127−3134 (год публикации - 2021)
10.1021/acs.jpclett.1c00462
5.
Леонар Дезвинь, Василий С. Столяров, Марко Априли, Фрик Масси
Tunable High Speed Atomic Rotor in Bi2Se3 Revealed by Current Noise
ACS Nano, 15, 1, 1421–1425 (год публикации - 2021)
10.1021/acsnano.0c08718
6.
Т. Карабасов, А.А. Голубов, В.М. Силкин, В.С. Столяров, А.С. Васенко
Reentrant superconductivity in proximity to a topological insulator
Phys. Rev. B, 103, 224508 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevB.103.224508
Публикации
1.
В.С. Столяров, Д. Родичев, В.Л. Гуртовой, С.Н. Козлов, Д.С. Яковлев, О.В. Скрябина, В.М. Винокур, А.А. Голубов
Resonant Oscillations of Josephson Current in Nb-Bi2Te2.3Se0.7-Nb Junctions
Adv. Quantum Technol., 5, 2100124 (год публикации - 2022)
10.1002/qute.202100124
2.
Н.В. Владимирова, А.С. Фролов, Х. Санчес-Баррига, О. Дж. Кларк, Ф. Мацуи, Д.Ю. Усачев, М. Мунтвайлер, К. Калларт, Дж. Хадерманн, В. С. Неудачина, М. Э. Тамм, Л. В. Яшина
Occupancy of lattice positions probed by X-ray photoelectron diffraction: A case study of tetradymite topological insulators
Surfaces and Interfaces, 36, 102516 (год публикации - 2022)
10.1016/j.surfin.2022.102516