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Giunzioni Josephson a nanofilo sospese
![Giunzioni Josephson a nanofilo sospese](http://web.nano.cnr.it/sqel/wp-content/uploads/2020/01/suspended_nanowire_josephson_master_thesis_sqel.jpg)
Il progetto verterà nella progettazione, design e misura di una giunzione Josephson sospesa a base di nanofili semiconduttori. Il progetto avrà lo scopo di investigare come le risonanze vibroniche possano eventualmente accoppiarsi con la dinamica Josephson introducendo delle extra risonanze nelle caratteristiche I-V molto similmente a quello che avviene con gli Shapiro steps, ma in assenza di radiofrequenza. Altre possibilità saranno quelle di studiare giunzioni fatte con nanofili InSb di tipo p e/o eventualmente controllarne il carattere mediante potenziali di gate esterni studiandone quindi le caratteristiche sia in regime dissipativo che non-dissipatiovo (Josephson).
Lo studente nelle diverse fasi di crescita, caratterizzazione, modellizzazione teorica e misura sarà accompagnato da personale specifico. Si ci aspetta un consistente e continuativo impegno da parte del laureando che dovrebbe svolgere i compiti assegnati nell’ arco di 9 mesi al massimo 12 mesi (includendo la scrittura della tesi). Lo studente potrà eventualmente scegliere di approfondire alcuni aspetti meglio di altri sulla base delle proprie competenze e caratteristiche. La tesi contiene sia contenuti sperimentale che eventualmente più teorici riguardo lo studio di fattibilità dei dispositivi.
Stati topologici indotti in isola Majoronica sospesa
![Immagine SEM di device realizzabili al NEST](http://web.nano.cnr.it/sqel/wp-content/uploads/2020/01/majorana_thesis_master_sqel.jpg)
Il progetto verterà nella progettazione, design e misura di un nanofilo sospeso, parzialmente ricoperto di alluminio e dotato di gate laterali. Il progetto avrà lo scopo di investigare gli stati topologici indotti nel dispositivo tramite l’applicazione di un campo magnetico esterno e l’applicazione di gate laterali. E’noto infatti che in strutture simili e` possibile indurre stati legati di Majorana applicando forti campi magnetici lungo il nanofilo [1]. Nel progetto sarà possibile studiare l’impatto di tali stati nelle correnti Josephson che attraversano il dispositivo [2] e controllarne l’ampiezza tramite i campo elettrico (Rashba) indotto dai gate laterali [3]. In alternativa, dotando il dispositivo di contatti normali accoppiati tunnel sarà possibile eseguire la spettroscopia degli stati legati ed eseguire misure non-locali.
Lo studente nelle diverse fasi di crescita, caratterizzazione, modellizzazione teorica e misura sarà accompagnato da personale specifico. Ci si aspetta un consistente e continuativo impegno da parte del laureando che dovrebbe svolgere i compiti assegnati nell’arco di 9 mesi al massimo 12 mesi (includendo la scrittura della tesi). Lo studente potrà eventualmente scegliere di approfondire alcuni aspetti meglio di altri sulla base delle proprie competenze e caratteristiche. La tesi contiene sia contenuti sperimentale che eventualmente più teorici riguardo lo studio di fattibilità dei dispositivi.
[1] S. M. Albrecht et al., “Exponential protection of zero modes in Majorana islands,” Nature, vol. 531, no. 7593, pp. 206–209, Mar. 2016.
[2] J. Tiira et al., “Magnetically-driven colossal supercurrent enhancement in InAs nanowire Josephson junctions,” Nature Communications, vol. 8, p. 14984, Apr. 2017.
[3] A. Iorio et al., “Vectorial Control of the Spin–Orbit Interaction in Suspended InAs Nanowires,” Nano Lett., vol. 19, no. 2, pp. 652–657, Feb. 2019.
Superconduttività in giunzioni Josephson di nanofili superconduttivi
![Esempio di giunzione Josephson con nanofilo di InAs](http://web.nano.cnr.it/sqel/wp-content/uploads/2020/01/nanowire_josephson_junctions_master_thesis_sqel.jpg)
l progetto verterà nella progettazione, design e misura di giunzioni Josephson costruite con nanofili semiconduttivi e contatti metallici di varia natura. Lo scopo del progetto e lo studio dell’accoppiamento Josephson in dispositivi di diversa tipologia suddivisi in tre gruppi:
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- Giunzioni Josephson in nanofili di InAs drogati di tipo p o n. In questi fili è utile capire l’effetto della modulazione della carica tramite back gate. Varie strutture verranno studiate inclusa la deposizione di Al lungo il nanofilo per indurre forti correlazioni nel nanofilo [1].
- Giunzioni Josephson in nanofili di InSb o InAs create con contatti di Vanadio con lo scopo di innalzare le temperature di lavoro di queste giunzioni, risultato molto interessante ma poco studiato in letteratura [2]. Anche per questi dispositivi è interessante investigare strutture parzialmente ricoperte di vanadio e ottenere un dispositivo con giunzioni tunnel per spettroscopia.
- Giunzioni Josephson con nanofili di SiGe ed ottenute tramite la migrazione del Germanio per annealing (fabbricazione al NEST o in collaborazione con l’Università di Vienna [3]) che garantisce interfacce ideali. In tali dispositivi è possible inoltre di studiare l’accoppiamento Josephson in sistemi bipolari n e p ottenuti per effetto di campo.
Lo studente nelle diverse fasi di crescita, caratterizzazione, modellizzazione teorica e misura sarà accompagnato da personale specifico. Si ci aspetta un consistente e continuativo impegno da parte del laureando che dovrebbe svolgere i compiti assegnati nell’ arco di 9 mesi al massimo 12 mesi (includendo la scrittura della tesi). Lo studente potrà eventualmente scegliere di approfondire alcuni aspetti meglio di altri sulla base delle proprie competenze e caratteristiche. La tesi contiene sia contenuti sperimentale che eventualmente più teorici riguardo lo studio di fattibilità dei dispositivi.
[1] W. Chang et al., “Hard gap in epitaxial semiconductor–superconductor nanowires,” Nat Nano, vol. 10, no. 3, pp. 232–236, Mar. 2015.
[2] P. Spathis, S. Biswas, S. Roddaro, L. Sorba, F. Giazotto, and F. Beltram, “Hybrid InAs nanowire–vanadium proximity SQUID,” Nanotechnology, vol. 22, no. 10, p. 105201, Mar. 2011.
[3] M. Sistani et al., “Monolithic Axial and Radial Metal–Semiconductor Nanowire Heterostructures,” Nano Lett., vol. 18, no. 12, pp. 7692–7697, Dec. 2018.
Studio del ferromagnetismo intrinseco in nanofili semiconduttivi
![Il ferromagnetismo](http://web.nano.cnr.it/sqel/wp-content/uploads/2020/01/nanowire_ferromagnetism_master_thesis_sqel.jpg)
Il progetto verterà nella progettazione, design e misura di giunzioni nanofili semiconduttivi di InAs e/o InSb. In questi nanofili è stata riscontrata la presenza di impurezze magnetiche “accidentali” che si correlano con gli elettroni liberi generando correlazioni Kondo visibili in un aumentano di resistenza a bassa temperatura. Tali correlazioni possono diventare cosi forti da indurre correlazioni ferromagnetiche fra le impurezze come è stato osservato in nanostrutture metalliche [1]. Tale progetto ha lo scopo di studiare l’origine di questo magnetismo e correlarlo con la natura del nanofilo (InAs, e/o InSb e/o fili provenienti fuori dal NEST), la geometria (dimensioni del diametro) e la densità di carica controllabile per effetto di campo in nanofili poco drogati.
Comprendere questo inaspettato effetto permetterà di ingegnerizzare elettronica basata sullo spin [2], spintronica superconduttiva [3] e tutta la nuova fisica topologica che si sta sviluppando con questi materiali [4,5].
Lo studente nelle diverse fasi di crescita, caratterizzazione, modellizzazione teorica e misura sarà accompagnato da personale specifico. Si ci aspetta un consistente e continuativo impegno da parte del laureando che dovrebbe svolgere i compiti assegnati nell’ arco di 9 mesi al massimo 12 mesi (includendo la scrittura della tesi). Lo studente potrà eventualmente scegliere di approfondire alcuni aspetti meglio di altri sulla base delle proprie competenze e caratteristiche. La tesi contiene sia contenuti sperimentale che eventualmente più teorici riguardo lo studio di fattibilità dei dispositivi.
[1] K. R. Sapkota, F. S. Maloney, and W. Wang, “Observations of the Kondo effect and its coexistence with ferromagnetism in a magnetically undoped metal oxide nanostructure,” Phys. Rev. B, vol. 97, no. 14, p. 144425, Apr. 2018.
[2] S. A. Wolf et al., “Spintronics: A Spin-Based Electronics Vision for the Future,” Science, vol. 294, no. 5546, pp. 1488–1495, Nov. 2001.
[3] J. Linder and J. W. A. Robinson, “Superconducting spintronics,” Nat Phys, vol. 11, no. 4, pp. 307–315, Apr. 2015.
[4] J. Alicea, “Exotic matter: Majorana modes materialize,” Nat Nano, vol. 8, no. 9, pp. 623–624, Settembre 2013.
[5] A. Ramón, “Majorana quasiparticles in condensed matter,” La Rivista del Nuovo Cimento, vol. 40, no. 11, pp. 523–593, Oct. 2017.
Partitore superconduttivo basato sullo shift di fase anomala
![Esempio di interferometro superconduttivo in cui è possibile indurre una fase anomala [2]](http://web.nano.cnr.it/sqel/wp-content/uploads/2020/01/anomalous_josephson_master_thesis_sqel.jpg)
Il progetto verterà nella progettazione, design e misura di gunzioni Josephson a tre terminali formate da un nanofilo semiconduttivo di InAs e tre elettrodi di Alluminio. Grazie alle forti interazioni spin-orbita presenti nel nanofilo è possibile indurre tramite un campo magnetico esterno uno shift anomalo nella fase superconduttiva [1-2] che può portare ad uno sbilanciamento fra le due correnti superconduttive uscenti dal dispositivo.
Lo scopo del progetto è l’investigazione ed il controllo di queste correnti con l’obiettivo di realizzare un router superconduttivo basato sulla fase anomala. Tale dispositivo realizzerà un nuovo ed importante elemento circuitale non-dissipativo e chiarirà le interazioni elettroniche fondamentali tra superconduttività e magnetismo.
Lo studente nelle diverse fasi di crescita, caratterizzazione, modellizzazione teorica e misura sarà accompagnato da personale specifico. Ci si aspetta un consistente e continuativo impegno da parte del laureando che dovrebbe svolgere i compiti assegnati nell’arco di 9 mesi al massimo 12 mesi (includendo la scrittura della tesi). Lo studente potrà eventualmente scegliere di approfondire alcuni aspetti meglio di altri sulla base delle proprie competenze e caratteristiche. La tesi contiene sia contenuti sperimentale che eventualmente più teorici riguardo lo studio di fattibilità dei dispositivi.
[1] F. S. Bergeret and I. V. Tokatly, “Theory of diffusive φ0 Josephson junctions in the presence of spin-orbit coupling,” EPL, vol. 110, no. 5, p. 57005, Jun. 2015.
[2] Strambini, E., Iorio, A., Durante, O., Citro, R., Sanz-Fernández, C., Guarcello, C., Tokatly, I. V., Braggio, A., Rocci, M., Ligato, N., Zannier, V., Sorba, L., Bergeret, F. S., & Giazotto, F. (2020). A Josephson quantum phase battery. ArXiv:2001.03393 [Cond-Mat, Physics:Quant-Ph].
Studio di interferometri superconduttivi a molti terminali
![Proprietà topologiche di uno SQUID a tre terminali [1-2]](http://web.nano.cnr.it/sqel/wp-content/uploads/2020/01/y_squid_master_thesis_sqel.jpg)
Il progetto verterà nella progettazione, design e misura di interferometri superconduttivi (Y-SQUID) ottenuti con giunzione metalliche a tre terminali. Lo scopo del progetto è l’investigazione di topologie Josephson [1] tramite relazioni non triviali osservabili nel pattern di interferenza del dispositivo, come recentemente stimato da modelli teorici [2,3].
In aggiunta sarà interessante lo studio e la caratterizzazione del dispositivo in presenza di un campo magnetico nel piano che potrebbe indurre transizioni topologiche non triviali verso il regime di stati legati di Majorana [4].
Lo studente nelle diverse fasi di crescita, caratterizzazione, modellizzazione teorica e misura sarà accompagnato da personale specifico. Ci si aspetta un consistente e continuativo impegno da parte del laureando che dovrebbe svolgere i compiti assegnati nell’arco di 9 mesi al massimo 12 mesi (includendo la scrittura della tesi). Lo studente potrà eventualmente scegliere di approfondire alcuni aspetti meglio di altri sulla base delle proprie competenze e caratteristiche. La tesi contiene sia contenuti sperimentale che eventualmente più teorici riguardo lo studio di fattibilità dei dispositivi.
[1] E. Strambini, S. D’Ambrosio, F. Vischi, F. S. Bergeret, Y. V. Nazarov, and F. Giazotto, “The ω-SQUIPT as a tool to phase-engineer Josephson topological materials,” Nat Nano, vol. 11, no. 12, pp. 1055–1059, Dec. 2016.
[2] F. Vischi et al., “Coherent transport properties of a three-terminal hybrid superconducting interferometer,” Phys. Rev. B, vol. 95, no. 5, p. 054504, Feb. 2017.
[3] H.-Y. Xie, M. G. Vavilov, and A. Levchenko, “Topological Andreev bands in three-terminal Josephson junctions,” Phys. Rev. B, vol. 96, no. 16, p. 161406, Oct. 2017.
[4] L. Peralta Gavensky, G. Usaj, and C. A. Balseiro, “Topological phase diagram of a three-terminal Josephson junction: From the conventional to the Majorana regime,” Phys. Rev. B, vol. 100, no. 1, p. 014514, Jul. 2019.
Non-linear thermoelectricity in SIS junctions
- Absolute Negative Conductance measurement in SIS under temperature gradient
- Thermoelectrical autonomous oscillator
- Generalization of the concept of nonlinear thermoelectricity outside superconductivity (semiconductors or nanowires). Performance evaluations in comparison to other thermoelectrical systems.