Fabrication and characterization of Quantum Materials: Graphene heterostructures and Topological Insulators

Abstract

[ES]La tesis empieza con una descripción de la Sala blanca de Salamanca y de su equipamiento, instalado durante los primeros años de mi doctorado. Sigue una detallada explicación de los procesos de fabricación de dispositivos en grafeno y otros materiales bidimensionales. En particular el sistema de trasferencia y la realización de contactos de borde tienen un rol fundamental en la realización de dispositivos de alta calidad. En nuestros dispositivos de grafeno encapsulado en nitruro de boro hexagonal hemos observado efecto Hall cuántico (QHE) a temperatura ambiente bajo la aplicación de altos campos magnéticos. El QHE en nuestros dispositivos de alta movilidad tiene características diferentes del QHE en dispositivos de grafeno de baja movilidad. Hemos también estudiado el transporte balístico y casi balístico en constricciones de grafeno con media y alta movilidad. En particular en las constricciones de mayor movilidad hemos introducido un método de definición de la constricción a bajas temperaturas, por la primera vez aplicado a dispositivos de grafeno y que nos han permitido obtener bordes con muy baja rugosidad. Esto ha permitido obtener un comportamiento balístico cerca del ideal y la observación de cuantización de la conductancia. En la última parte de la tesis reportamos medidas de transporte en pozos cuánticos de InAs/GaSb con diferente configuración de bandas (aislante, invertida y crítica). En la muestra crítica hemos encontrado una resistencia longitudinal anormal que hemos justificado con la posible formación de un excitón en bajas temperaturas.

[EN]Starting from a detailed description of the Clean Room facilities, installed during this thesis work, we report the fabrication processes based on graphene and other 2D materials in detail. In hBN-encapsulated graphene the Quantum Hall Effect (QHE) at room temperature and high magnetic field was observed. We found different features in the QHE respect a previous work on lower mobility graphene on silicon oxide (Novoselov et al. Science 315 1379 2007). A detalied study of transport properties in graphene nanoconstrictionsis also reported. In particular in encapsulated graphene we introduced a new cryo-etching method to obtain low roughness edges nanocostrictions, in which quantized conductance was observed. In the last part of the thesis we report transport measurements on InAs/GaSb double quantum wells with different bandgap configurations (inverted, normal or critical).