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Electron matter in correlated electron systems

English title Electron matter in correlated electron systems
Applicant Renner Christoph
Number 182652
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Département de Physique de la Matière Condensée Université de Genève
Institution of higher education University of Geneva - GE
Main discipline Condensed Matter Physics
Start/End 01.11.2018 - 31.10.2022
Approved amount 1'000'000.00
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Keywords (9)

Exfoliated van der Waals materials; Scanning tunneling microscopy; Scanning tunneling spectroscopy; Charge density waves; Superconductivity; Correlated electrons; Thickness dependent electronic properties; Strain dependent electronic properties; Doping dependent electronic properties

Lay Summary (French)

Lead
Il est aujourd'hui possible d'isoler des couches monoatomiques à partir de matériaux bidimensionnels et de les assembler en de nouveaux composés de manière contrôlée. Cette maitrise de la matière permet de synthétiser des composés avec des propriétés inédites par design. Pour exploiter pleinement ces nouvelles et fascinantes possibilités, nous devons caractériser leurs propriétés électroniques intrinsèques et en fonction de paramètres extérieurs. Ce niveau de contrôle est une opportunité pour de nouvelles expériences que nous proposons d’exploiter dans ce projet. Le but est de mieux comprendre les phases électroniques quantiques -la supraconductivité, les phases d’ordre de charges et topologiques- et leurs interactions.s.
Lay summary

Dans ce projet, nous allons développer et exploiter des paramètres de réglages pour ajuster les propriétés électroniques autres que la température et le champ magnétique. Nous allons étudier comment varient les phases électroniques quantiques en fonction de l’épaisseur, de la contrainte et du dopage électrostatique, des paramètres qui n’ont jusqu’ici pas ou très peu été utilisé en combinaison avec la microscopie à effet tunnel. Le but est d’identifier les signatures spectrales caractéristiques et étudier leur dépendance sur ces paramètres. Nous escomptons, par exemple, obtenir une identification indiscutable de la signature spectrale de l’onde de densité de charge (CDW) dont la nature et l’amplitude de la bande interdite dans la densité d’état électronique font l’objet de nombreuses questions et discussions. La dépendance de cette bande interdite sur le dopage électrostatique et/ou la contrainte élastique donnera de nouvelles informations sur le mécanisme physique à l’origine de la CDW, qui reste largement incompris.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 09.10.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
133777 Scanning probe microscopy and spectroscopy of nanoscale materials and devices 01.01.2011 R'EQUIP
117404 Scanning Mott Microscopy to map the spin texture of manganites / Scanning tunneling microscope 01.07.2007 R'EQUIP
162517 Electron matter in unconventional layered superconductors 01.11.2015 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The core themes of this research project are real space atomic scale characterization of tunable electronic ground states and their interplay in layered correlated electron materials. We propose an experimental local probe study of superconducting, charge ordered and topological phases in single to few layer thin exfoliated van der Waals compounds. The core techniques are scanning tunneling and atomic force microscopy and spectroscopy in ultra-high vacuum. The novelty is to deploy alternative ways to temperature and magnetic field to tweak the electronic landscape. We shall tune the properties by means of i) sample thickness from bulk to unit-cell thin layers, ii) tunable mechanical strain, and iii) tunable electrostatic space charge doping, Combining these tuning parameters in a systematic manner with scanning probe microscopy (SPM) is not standard and an outstanding challenge on thin exfoliated specimen. Our objective is a deeper understanding of correlated electron phases and their interplay. We will explore how superconducting, charge density wave and topological ground states evolve when approaching the two-dimensional (2D) limit in single layer compounds, how they can be induced, promoted or suppressed by applying strain and/or tuning electrostatic doping. The aim is to understand the mechanism driving the ground state and characterize associated spectral features (e.g gaps, pseudogaps, impurity states). The defining real space capabilities of SPMs will provide unique characterization on atomic length scales. Imaging atomic-scale defects and impurities can provide key insight on the gap structure and on macroscopic transport and optical properties of exfoliated thin layers and devices thereof. Quasiparticle interference and spectroscopic imaging will give novel insight on the band structure, superconducting gap symmetries and vortices in 2D electronic systems.
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