Negli ultimi anni la spin-orbitronica ha messo in evidenza quanto sia strategico disporre di materiali capaci di convertire in modo efficiente correnti di carica in correnti di spin (e viceversa), perché questa interconversione rappresenta il “motore” di molte architetture di dispositivi a bassa potenza (ad es. concetti basati su spin-orbit torque). In questo contesto, gli Isolanti Topologici (TI) rappresentano una piattaforma particolarmente promettente: i loro stati di superficie con spin-momentum locking possono abilitare conversioni spin-carica molto efficienti all’interfaccia, rendendoli candidati ideali per dispositivi spin-orbitronici scalabili. Per portare queste prorietà dentro la tecnologia servono film di TI su grande area, cresciuti con tecniche compatibili con filiere industriali e integrabili su substrati semiconduttori (Si/Ge e affini), preservando le proprietà di interfaccia. L’obiettivo di questa tesi è sviluppare e caratterizzare eterostrutture a base di TI su grande area e misurare quantitativamente la loro funzionalità spin-orbitronica tramite protocolli elettrici e/o ottici, includendo fenomeni di spin-charge interconversion e la loro manifestazione come variazioni di resistenza indotte da popolazioni di spin, con una prospettiva orientata alla realizzazione di building blocks per dispositivi spin-orbitronici.

Il lavoro di tesi prevede un'attività sperimentale focalizzata su:

1. crescita e fabbricazione di eterostrutture TI/semiconduttore su larga scala, con particolare attenzione a qualità, stoichiometria e alla compatibilità con processi scalabili;
2. misure di validazione del carattere topologico e delle funzionalità spin-orbitroniche a temperature criogeniche (fino a T = 4K) e con campo magnetico applicato;
3. analisi dati mirata all'estrazione di figure di merito rilevanti per dispositivi quali efficienza di interconversione spin-carica e lunghezze di trasporto.

Il lavoro di tesi verrà condotto in collaborazione tra il laboratorio SemiSpin del dipartimento di Fisica ed il gruppo IMM/CNR presso STMicroelectronics ad Agrate Brianza, sotto la supervisione (PoliMi) del prof. Carlo Zucchetti e (CNR) del dr. Roberto Mantovan. In questo ambito, lo/a studente/ssa:

1. svolgerà attività in cleanroom (IMM e Polifab) per la fabbricazione e caratterizzazione dei dispositivi;
2. userà strumentazione di punta per misure di magneto-trasporto per la quantificazione del readout elettrico indotto da segnali di spin;
3. acquisirà metodo e autonomia nell’analisi critica dei risultati (validazione, confronto con letteratura, interpretazione fisica e proposta di miglioramenti).

Durante la tesi, le competenze acquisite dallo/a studente/ssa non resteranno confinate al progetto, ma costituiranno un patrimonio culturale e professionale solido, spendibile sia in ambito accademico sia in posizioni altamente qualificate nel mercato Hi-Tech. La durata indicativa è di circa 9 mesi, con impegno flessibile ma continuativo (compatibilmente con le esigenze didattiche). Gli studenti interessati possono contattare il prof. Carlo Zucchetti o il dr. Roberto Mantovan.