BME Fizikai Tudományok Doktori Iskola
PhD témajavaslat

A témavezető neve: Makk Péter
- tanszéke: Fizika Intezet, Fizika tanszek
- beosztása: Tudományos munkatárs
- tudományos fokozata: PhD
- email címe: peter.makk@gmail.com
A doktori munka készítésénak helye és címe:
BME Fizika tanszék
1111 Budapest, Budafoki út. 8
A kidolgozandó feladat címe: Kétdimenziós hibrid nanoáramkörök vizsgálata
A téma rövid leírása, a megoldandó legfontosabb feladatok felsorolása:
A grafén a szén kétdimenziós változata, melyet a grafit egyetlen atomrétege alkot, és a nanoelektronika talán legígéretesebb anyaga: kiváló elektromos vezetőképessége van, és a lineáris elektron spektrum következtében az elektronok sok tekintetben relativisztikus viselkedést mutatnak. Grafénben kiemelkedő mobilitású nanostruktúrák hozhatók és más kétdimenziós anyagokkal kombinálva alkalmas lehet elektron-optikai, spintronikai kísérletekre, illetve új, topológikus fázisok létrehozására.
A legelterjedtebb módszer nagy mobilitású grafén minták létrehozására a grafén bór nitrid (BN) kristályok közé szendvicselésén alapul. Az elmúlt években rájöttek, hogy ezt a módszert tovább fejlesztve, kétdimenziós kristályokat kombinálva új anyagok hozhatók létre. Ezt a Lego-szerű építkezést „van der Waals engineeringnek” nevezik és több ígéretes építőelemet azonosítottak, amiből egyrétegű, kétdimenziós anyag hozható létre. Ezek között félvezető, szupravezető, mágneses, vagy nagy spin-pálya csatolással rendelkező anyagok is találhatók, és ezen anyagokat grafénra helyezve a grafénben szupravezető korrelációk vagy spin pálya kölcsönhatás hozható létre.
A doktori munka célja ezen anyagok felhasználásával új egzotikus, topológikus fázisok létrehozása és ezek tanulmányozása. Több kísérlet utalt arra az elmúlt években, hogy a grafénban például egy kvantum spin-Hall állapot hozható létre. Ezt szupravezető elektródákhoz csatolva topológikus gerjesztések, Majorana és parafermionok hozhatók létre. Ezen részecskék a topológikus kvantumszámítógépek alap-egységét alkothatják, és nem kommutatív (nem-ábeli) kicserélési relációval rendelkeznek. További érdekes kérdés, hogy a szuperáram, ami a kvantum Hall él-állapotban megjelenik, milyen tulajdonságokkal bír. Végül sok izgalmas elektron optikai javaslat született ezen struktúrák alkalmazására, mint például Cooper-pár feltörő áramkörök létrehozása, mely az elektronok összefonódott forrását adja.
 
A doktori munka keretében a jelölt bekapcsolódna új kétdimenziós heterostruktúrák fejlesztésébe, melynek során a grafént egyéb egzotikus anyagokkal kombinálva (pl. erős spin-pálya kölcsönhatású Wse2) és szupravezető elektródákkal kontaktálva új fázisok hozhatók létre. A heterostruktúrákból elektron sugaras litográfia segítségével spintronikai és kvantum elektronikai áramkörök készülnek (Josephson átmenet, kvantum-Hall minták, stb.) és viselkedésüket alacsony homérsékleti mérésekben tanulmányozzuk. A kutatómunka szoros együttmuködésben zajlik több nemzetközi partner intézettel.
  
Balra: Grafén alapú szupravezető interferenciás szerkezet (SQUID) látványterve. Jobbra: Grafén alapú nanostruktúra hamis-színezésű elektronmikroszkópos képe (forrás: P. Makk, C. Handschin).

 

A jelentkezővel szemben támasztott elvárások:

Alapos szilárdtest fizikai  ismeret, motiváció kísérleti munkára, angol nyelvtudás, alapfokú programozási és mérésvezérlési ismeretek.

Nyilatkozat: A fenti munkahelyen a javasolt témában kutatás feltételei biztosítottak, a téma meghirdetését a munkahelyi vezető jóváhagyta.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Természettudományi Kar
1111 Budapest, Műegyetem rakpart 3. K épület I. em. 18.
www.ttk.bme.hu