2016/23/N/ST3/03500

 

Nazwa: Transport kwantowy w nanostrukturach wykonanych z izolatora topologicznego HgTe/HgCdTe - NCN

Quantum transport in nanostructures made of HgTe/HgCdTe topological insulators

Numer umowy: 2016/23/N/ST3/03500

Kwota dofinansowania: 99 400 zł

Źródło finansowania: Grant NCN Preludium

Okres realizacji: 18.07.2017 – 17.07.2020

Kierownik projektu: mgr inż. Ewa Bobko

Opis projektu: Projekt jest poświęcony transportowi kwantowemu w dwuwymiarowych izolatorach topologicznych – specjalnych strukturach kwantowych, których zasadniczą cechą jest obecność przewodzących kanałów krawędziowych, chronionych przez symetrię względem odwrócenia czasu. Projekt koncentruje się na studniach kwantowych HgTe/HgCdTe i stawia przed sobą zadania dwojakiego rodzaju. Po pierwsze, jest to rozwój i optymalizacja litografii elektronowej poprzez opracowanie specjalnych, niskotemperaturowych i nieinwazyjnych technik nano-litograficznych. W tym celu planujemy wykorzystanie wyłącznie tzw. bramek bocznych (ang. side-gates) do sterowania kanałem przewodnictwa.  Drugim celem projektu jest przeprowadzenie pomiarów transportu elektronowego nowego typu w wielokontaktowych mikro- i nano- strukturach wykonanych opracowaną metodą. Planujemy próbę bezpośredniej obserwacji tunelowania Kleina przy wykorzystaniu kontaktów punktowych, oraz systematyczne badanie tzw. uniwersalnych fluktuacji przewodnictwa i wyjaśnienie ich pochodzenia, przy wykorzystaniu drutów kwantowych sterowanych za pomocą bramek bocznych. Znaczną część naszych badań poświęcimy na pomiary własności elektrycznych w tzw. reżimie transportu nieliniowego, tzn. gdy poruszające się w przeciwnych kierunkach prądy krawędziowe nie są w równowadze z powodu skończonej wartości napięcia źródło-dren. Jako hipotezę badawczą przyjmiemy, że w tych warunkach symetria względem odwrócenia czasu może być złamana i topologiczna ochrona stanów helikalnych przestaje działać.

The subject of this project is quantum transport in two-dimensional topological insulators (2DTI) – special quantum structures, which key property is the presence of conducting edge channels protected by time reversal symmetry. In this research we will concentrate on HgTe/HgCdTe quantum wells and the main objectives of the project are twofold. First, it is to perfect the electron beam lithograhy (EBL) by developing the special low-temperature and non-invasive nano-patterning techniques, optimized for II-VI materials. We plan to form a potential barriers across nanostructures by the application of side-gates only, avoiding the top-gate fabrication step. This way we will form a clean and tunable quantum channels, which are never exposed to the destructive high-energy electron beam. The second aim of the project is to perform the new quantum transport experiments on multiprobe point contacts and quasi-one-dimensional nanostructures, tuned to the insulating and non-insulating regimes. In particular, we plan to demonstrate directly the Klein tunneling for helical edge states. Furthermore, we will extend our studies to the so-called universal conductance fluctuations (UCFs) in order to explain theirs origin. A large part of our efforts will be devoted to the non-linear quantum transport, when the source-drain voltage exceeds energy gap and the counter-propagating edge currents are not in equilibrium. As a working hypothesis we assume that in this regime the time-reversal symmetry might be broken and the topological protection does not occur.