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Giunzioni Josephson a nanofilo sospese
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
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
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 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]](https://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]](https://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.