Manipulation and analysis of topological properties in hybrid Dirac materials [Manipolazione ed analisi delle proprietà topologiche dei materiali di Dirac]

I materiali topologici presentano fasi quantistiche robuste che non possono essere descritte attraverso i tradizionali meccanismi di rottura di simmetria. Le loro peculiari strutture a bande e gli stati di bordo offrono una piattaforma per proprietà elettroniche e di trasporto altamente modulabili, manipolabili tramite campi esterni e interazioni ingegnerizzate. Questa tesi è incentrata sulla manipolazione controllata dei materiali di Dirac. In particolare, vengono studiati due tipi di sistemi: i semimetalli a linea nodale ingegnerizzati tramite campi Floquet e le eterostrutture superconduttive a base di grafene. Nella prima parte della tesi, studiamo gli stati di interfaccia che emergono quando due regioni di un semimetallo a linea nodale sono illuminate da fasci di luce con polarizzazioni circolari opposte, a temperatura nulla. Utilizzando un modello analitico minimale, mostriamo che la modulazione dell’intensità e della polarizzazione della luce comporta modifiche significative nella struttura elettronica, tra cui la formazione di singolarità di Van Hove. Inoltre, introducendo uno strato di impurità magnetiche lungo l’interfaccia, dimostriamo la comparsa di una attivabile struttura di pseudospin topologicamente non banale e caratterizzata da una configurazione a vortice. Nella seconda parte, analizziamo una giunzione Josephson a base di grafene in cui lo strato centrale acquisisce accoppiamento spin-orbita per effetto di prossimità, come può avvenire quando il grafene è posto su un dicalcogenuro di metallo di transizione, ad esempio WS2. Concentrandoci sul regime balistico, nei limiti di giunzione corta e larga, studiamo analiticamente l’influenza dei diversi tipi di accoppiamento spin–orbita sulla supercorrente, mediante un modello continuo a bassa energia. Mostriamo che specifiche combinazioni dei termini di accoppiamento spin-orbita possono sopprimere la corrente critica aprendo un gap nella struttura a bande del grafene, oppure potenziarla agendo come un potenziale chimico efficace dipendente da spin e valle. Inoltre, un forte accoppiamento di tipo Rashba conduce a una giunzione con contenuto armonico della relazione corrente-fase altamente modulabile. A completamento dei risultati analitici, simulazioni tight-binding vengono impiegate per analizzare gli effetti dovuti alla larghezza finita, i contributi degli stati di bordo e la robustezza in presenza di disordine. Infine, studiamo il pattern di interferenza magnetica della corrente critica, rivelando comportamenti di trasporto non reciproco e l’emergere dell'effetto diodo superconduttivo.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2026

Author dc:creator

• BONASERA, FEDERICO

Contributors dc:contributor

• PALADINO, ELISABETTA

• Dirac material
• graphene
• Weyl semimetal
• nodal line semimetal
• Floquet engineering
• spin-orbit coupling
• topological material
• Josephson junction
• superconductivity
• superconducting diode effect
• electronic structure
• Materiali di Dirac
• grafene
• semimetalli di Weyl
• semimetalli nodali
• giunzioni Josephson
• materiali topologici
• accoppiamento spin-orbita
• superconduttivita'
• effetto diodo superconduttivo
• struttura elettronica

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/705911

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/705911