DIFI in Nature Physics: Interacting Topological Edge Channels

In un lavoro di carattere sia sperimentale che teorico in collaborazione fra Niccolò Traverso Ziani, del gruppo di Trasporto Quantistico e Nanodispositivi di fisica della materia teorica del DIFI, e i gruppi di Laurens Molenkamp e Bjoern Trauzettel, dell’Università di Wuerzburg, è stata realizzata e
caratterizzata la prima nanostruttura topologica balistica che coinvolga un sistema ‘Quantum spin Hall’.

In particolare, attraverso un’innovativa procedura di ‘wet etching’, è stata formata una costrizione tra i bordi, metallici, del sistema. Le proprietà di trasporto del dispositivo così ottenuto mostrano un comportamento anomalo. Christoph Fleckenstein, Niccolò Traverso Ziani e Bjoern Trauzettel, nello spiegare tale comportamento, hanno mostrato come le interazioni elettroniche siano molto più rilevanti di quanto atteso. Ciò implica che il sistema non è solo un promettente nel campo della spintronica, ma è anche un perfetto candidato per l’implementazione dei parafermioni.

La scoperta è rilevante nell’ambito dei materiali topologici e della computazione quantistica topologicamente protetta. 

L’articolo si può trovare all’indirizzo https://www.nature.com/articles/s41567-019-0692-4 

Commenti in proposito possono essere trovati, ad esempio, su
Nature Review https://www.nature.com/articles/s42254-019-0132-5 ,
AzoNano https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=37026 ,
Bioengineer.com https://bioengineer.org/topological-nanoelectronics/ ,
Phys.org https://phys.org/news/2019-10-topological-nanoelectronics.html

 

English

A joint experimental-theoretical collaboration involving Niccolò Traverso Ziani, from the Quantum Transport and Nanodevices group at DIFI and the groups of Bjoern Trauzettel and Laurens Molenkamp at the Julius-Maximilians-Universitaet Wuerzburg has realized and analyzed the first topological ballistic nanostructure based on a quantum spin Hall system.

Specifically, two metallic edge states on opposite sides of a two-dimensional topological insulator are brought close to each other by means of an innovative wet etching technique, in order to form a constriction. The transport properties of the structure reveal a surprising behavior, namely, the appearance of an anomalous conductance plateau. Christoph Fleckenstein, Niccolò Traverso Ziani and Bjoern Trauzettel use condensed matter theory methods to explain the finding. They point out that, unexpectedly, the nanostructure shows non-negligible electron-electron interactions and is a good candidate for spintronics applications and, more importantly, a natural host system for parafermionic zero modes.

The result has important implications in the fields of topological quantum matter and topological quantum computation.

Reference: J. Strunz, J. Wiedeman, C. Fleckenstein, L. Lunczer, W. Beugeling, V. Mueller, P. Shekar, N. Traverso Ziani, S, Shamim, J. Kleinlein, H. Buhmann, B. Trauzettel, and L. W. Molenkamp, Nature Physics 2019

The article is available at https://www.nature.com/articles/s41567-019-0692-4

Reviews on the article are available, for example, at

Nature Review https://www.nature.com/articles/s42254-019-0132-5 ,
AzoNano https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=37026 ,
Bioengineer.com https://bioengineer.org/topological-nanoelectronics/ ,
Phys.org https://phys.org/news/2019-10-topological-nanoelectronics.html

 

 two one-dimensional helical edges are brought in a constriction and connected to leads/Schema del sistema: due canali unidimensionali con elicità definita, contattati a strutture metalliche, confluiscono in una costrizione.

Schema del sistema: due canali unidimensionali con elicità definita, contattati a strutture metalliche, confluiscono in una costrizione.

Schematic of the system: two one-dimensional helical edges are brought in a constriction and connected to leads