המחקר מתמקד בגילוי והבנת תופעות אלקטרוניות יסודיות באמצעות יצירת מבנים מלאכותיים של גבישים שכבתיים דו-ממדיים, ובמימוש תופעות אלו בהתקני מצב מוצק עתידיים. חומרים שכבתיים שונים מופרדים לכדי משטחים בעובי אטום בודד ונאספים חזרה, אחד על גבי האחר, ליצירת גבישים חדשים (בדומה לקוביות לגו). היציבות הדו- מימדית של חומרים אלו נובעת מהקשרים הקוולנטיים החזקים בין האטומים בתוך כל שכבה בעוד שאינטראקציית הואן-דר-ואלס בין השכבות חלשה. יציבות זו מאפשרת תכונות מכניות, אלקטרוניות, פונוניות ואופטיות ייחודיות, כמו גם גמישות לשלוט בתכונות אלה באופן שאינו קיים במערכות דו-ממדיות מסורתיות שאינן שכבתיות. גרפן (שכבה בודדת של אטומי פחמן) לדוגמה, הוא החומר החזק ביותר בטבע ועם זאת גם הגמיש ביותר, הדק ביותר ועדיין אינו חדיר לאטומים אחרים, ובנוסף מוליך החשמל והחום הטוב ביותר המוכר לנו היום. בורון ניטריד (בור וחנקן) לדוגמה, הוא לחומר שכבתי דיאלקטרי (מבודד) מצוין. גם הוא חזק מאוד, אינרטי, מוליך חום, ודומה מאוד לגרפן במבנהו הגבישי. איכות החומרים והאפשרות לשלבם עם חומרים שכבתיים בעלי מצבי יסוד שונים (לדוגמה: מוליכי על, מוליכים למחצה, מגנטים ועוד) באופן שיוצר משטחי מגע מושלמים כמעט (כך שהתכונות האלקטרוניות של השכבות מושפעות אחת מהשנייה אך אין ערבוב בין האטומים), יוצר הזדמנויות ייחודיות למימוש וחקירה של אפקטים פיזיקליים חדשים.
הרכבת הגבישים נעשית בחדר נקי יעודי של המעבדה ועיצוב ההתקנים מבוצע על ידי מיקרוסקופי אלקטרונים ויונים מתקדמים במרכז הננו של האוניברסיטה. התכונות האלקטרוניות נחקרות באמצעות מדידות חשמליות, ותרמיות בטווח הטמפרטורות בין 400 ל 0.01 קלווין ובשדות מגנטיים עד 14 טסלה.
פרויקטים עדכניים:
-
שילוב זרמי ג'וזפסון (מוליכי על) ואפקט הול הקוונטי.
-
התקני התאבכות קוונטית מבוססי גרפן (SQUIDs).
-
דיסיפציה של נושאי מטען בליסטיים ומוליכות בגבול ההידרודינמי.
