Skalbara Chern insulators för kvantmetrologi

Forskningsprojekt, 2026 – 2030

Förverkligandet av moirégitter med tvådimensionella (2D) kristaller är möjligen den mest spännande senaste utvecklingen inom kondensare materiens fysik, som för med sig en lavin av spektakulära upptäckter, förbryllande fenomen och löftet att möjliggöra disruptiva teknologier. Moirématerial är dock svåra att tillverka, eftersom det kräver att skära ut atomärt tunna material och stapla dem med bättre än 0,1 graders noggrannhet i vertikal linjering mellan lagren. Dessa strukturer är inte bara instabila utan också svåra att modellera: till dags dato finns det inga teorier för att beskriva all fysik hos moirématerial. Sådana utmaningar innefattar risken att dessa vackra system är dömda att stanna kvar i labbet som en vetenskaplig kuriosa.Med utgångspunkt i spännande preliminära resultat syftar detta projekt till att uppnå moiréfysik utan att skära ut och stapla 2D-kristaller. En sådan bedrift kommer att vara möjlig genom att för första gången kombinera vår unika förmåga att erhålla enkristallgrafenlager i waferskala, med vår förmåga att konstruera flerskiktsgrafen som naturligt är värd för moiréfysik (så kallad romboedrisk grafen). Denna hittills outforskade kombination kan leda till verkligt skalbara kvantmaterial som visar makroskopiska kvantfenomen vid höga temperaturer. Det yttersta beviset på framgången av detta projekt kommer att vara demonstrationen av kvantfenomen som normalt inträffar under extrema förhållanden (nära noll Kelvin och mycket starkt magnetfält), men som moirématerial gör tillgängliga i deras frånvaro.Ett exempel på detta är kvanthalleffekten utan magnetfält, kännetecknet för Chern-isolatorer som uppnås i moirématerial. Kvantisering kommer att testas rigoröst vid nationella metrologilaboratorier och om det lyckas kan detta banbrytande försök revolutionera kvantmaterial, kvantmetrologi och kvantinformationsbehandling.