Antonio DI BARTOLOMEO | Progetti

FENOMENI DI TRASPORTO ELETTRICO E DI SPIN IN ETEROGIUNZIONI E DISPOSITIVI CON MATERIALI NANOSTRUTTURATI

Lo scopo del progetto è la fabbricazioni di dispositivi con materiali nanostrutturati e lo studio sperimentale-teorico di vari aspetti di trasporto elettrico e di spin.Le azioni della nostra ricerca saranno così suddivise:A) Fabbricazione e caratterizzazione elettrica di film sottili, eterogiunzioni, transistor ad effetto di campo e strutture TLM basati su fogli di grafene e/o di MoS2.B) Trasporto quantistico ed effetti topologici in eterostrutture nanoscopiche.A) Il gruppo si impegnerà principalmente nella fabbricazione e nella misura delle caratteristiche elettriche di film sottili, di eterogiunzioni e di transistor con grafene e MoS2 (e probabilmente anche 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 nanosrutturati 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 e ossidi 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 eletettroniche oltre che per le possibilità applicative . Per i transistor l’obiettivo sarà quello di fabbricare dispositivi con bassa resistenza esterna e con elevato rapporto della corrente ON/OFF, ridotto SS (subthreshold swing) e DIBL (Drain Induced Barrier Lowering). A tal fine, verrà eventualmente adottato un approccio multigate e verranno usati contatti di diversi metalli, tra cui metalli superconduttori. In presenza di superconduttori si tenterà di studiare il comportamento dei dispositivi a temperatura inferiore alla temperatura critica al fine di studiare fenomeni all’interfaccia graphene/superconduttore.B) In questo ambito il progetto si propone di esplorare la possibilità di generare correnti polarizzate di spin in giunzioni di grafene, in un modello con una doppia interfaccia tra due regioni normali ed un foglio di grafene singolo o interfacciato ad un superconduttore. Il trasporto polarizzato di spin sarà veicolato dalla modulazione delle barriere in presenza del fenomeno della doppia rifrazione di spin all'interfaccia. In presenza dell’effetto prossimità superconduttivo si analizzerà il ruolo dell’Andreev reflection in connessione allo spettro elettronico di Dirac. Un altro ramo della ricerca riguarderà lo studio dei fenomeni topologici in varie eterostrutture in presenza di interazione spin-orbita. Si analizzerà il trasporto di spin negli isolanti topologici bidimensionali in geometrie sperimentalmente realizzabili con gate elettrostatici che si accoppiano diversamente agli stati di bordo. Analizzeremo, poi, il trasporto in nanofili con interazione spin-orbita prossimizzati da un superconduttore per caratterizzarne le fasi topologiche e l’evidenza di fermioni di Majorana. 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 osservazioni ed applicazioni sperimentali.