Det här ska projekten med VR-anslag utforska

Kvantavkänning i supraledande nanotrådar med hög olinjäritet

Serguei Cherednichenko, biträdande professor vid avdelningen för Terahertz- och millimetervågsteknik.

– Projektet undersöker hur kvantmekaniska egenskaper fungerar i väldigt tunna supraledande filmer gjorda av magnesiumdiborid (MgB2). Målet är att hitta nya sätt att skapa mer effektiva kvantkretsar, särskilt vid högre temperaturer. Vi använder våra senaste framsteg inom MgB2-tunnfilmsyntes och i tidigare experiment. I maj 2024 visade vi till exempel att vi kunde känna av en foton vid 20 Kelvin med hjälp av infraröd kvantavkänning, vilket publicerades i Nature Communications. För att avslöja mer om hur dessa enheter fungerar kommer vi att använda en metod som kallas kvantdetektortomografi. Arbetet görs tillsammans med kollegor från DLR-institutet i Berlin och University of Zurich. Ett annat exempel är den höga elektriska justerbarheten i MgB2-nanotrådar, något som kvantteorier har kunnat förutspå men som vi inte har sett i andra supraledare tidigare. 

– Dessa egenskaper kan ha stor betydelse för avläsningskretsar för exempelvis kvantbitar, eller för att utforska nya möjligheter inom supraledande parametrisk förstärkning, vilket vi ska utforska tillsammans med kollegor vid MIT i Boston och JPL i Kalifornien.

Förlängning av regnbågen för ytemitterande lasrar

Åsa Haglund, professor vid avdelningen för fotonik

– Lasrar är en nyckelkomponent för många tillämpningar och är därmed en viktig del av vår vardag. De är idag tillgängliga med emission i det synliga och infraröda området, men att åstadkomma ljusemission i det ultravioletta har dock visat sig vara mycket utmanande. Målet med detta projekt är att realisera världens första elektriskt drivna ytemitterande laser i det ultravioletta området; en kompakt, energieffektiv, ljuskälla med en lågdivergent stråle.

– Att skapa en ultraviolett laser är utmanande då materialen man behöver använda ger speglar med låg reflektivitet och höga resistanser på ena sidan av komponenten, vilket gör det svårt att skapa en optisk resonator med låga förluster och att åstadkomma bra strömspridning. För att lyckas kommer de senaste forskningsframstegen ifrån vår laser-forskargrupp på Chalmers Tekniska Högskola att nyttjas för att kringgå dessa materialbegränsningar. Detta inkluderar en helt ny metod för att tillverka en ultraviolett laser med högreflektiva speglar med nm-kontroll av laserns kavitet samt en specialstruktur, så kallad tunnelövergång, som har visat ge god strömspridning i de nyligen realiserade elektriskt drivna resonanta lysdioderna med ultraviolett emission. De senare komponenterna saknar bara en byggsten för att bli förvandlade till lasrar, nämligen en strömapertur, så en stor del av projektet kommer att baseras på att utveckla sådana aperturer.

– Sammantaget ger dessa nya forskningsresultat unika möjligheter till att åstadkomma världens första elektriskt drivna ytemitterande laser i det ultravioletta området. När de är realiserade kan de användas i en rad olika tillämpningar som sterilisering av ytor, luft och vätskor, med stor betydelse för vattenrening och behandling av antibiotikaresistenta bakterier, men även till sensorer, till exempel ozon-mätning, UV-härdning av material, och kvanttillämpningar som atomklockor. Teknikerna som utvecklas inom projektet, som halvledarmembran, tunnelövergångar och så vidare kan även få stor betydelse för andra komponenter än lasrar.

Släckning av dekoherenskällor för fasta tillstånds kvantsystem genom interaktion med kvantvätskor

Sergey Kubatkin, professor i kvantkomponentfysik

– Kvant-sammanflätning är en central källa inom kvantmekaniken och möjliggör utvecklingen av kraftfulla datorer och avancerade sensorer. Men, om det uppstår okontrollerad sammanflätning med oönskade faktorer i miljön kan dekoherens uppstå i kvanttillståndet vilket tar bort kvantmekanikens fördelar. 

– Detta projekt fokuserar på supraledande kvantsystem som byggts genom nanofabrikation. Dessa system lider ofta av dekoherens på grund av små defekter och brus som uppstår i de amorfa materialen som används, vilket påverkar kvantbitarna negativt. Interaktionen mellan den dekoherande miljön och kvantenheter är temperaturberoende. I projektet kylde vi därför ner en supraledande enhet till väldigt låga temperaturer med hjälp av en kvantvätska (3He) som minskar brus och förbättrar systemets prestanda. 

– Nu vill vi, i samarbete med QTL vid WACQT, testa dessa förbättringar på supraledande kvantbitar och se om vi kan minska effekten av oönskade defekter vid de temperaturer som ofta används för nedkylda kvantprocessorer. Projektet stöds av finansiering från WACQT och Nano Area of Advance vid Chalmers.

Terahertz-spektroskopi av proteiner i lösning

Helena Rodilla, docent vid avdelningen för Terahertz- och millimetervågsteknik

– Proteiner är stora tredimensionella makromolekyler i kontinuerlig rörelse i en stor skala av frekvenser och förståelsen för dessa rörelser är avgörande när man studerar deras struktur och funktion. Inom dessa rörelser har de som motsvarar pikosekundintervallet förblivit otillgängliga, särskilt under fysiologiska förhållanden. Detta projekt syftar till att möjliggöra studiet av dessa molekylers rörelser i pikosekunders-tidsskalan i vätska. Genom att göra detta hoppas vi kunna tillhandahålla en metod för att förstå hur strukturen hos proteiner är kopplad till deras funktion i enzymer.

– Att studera pikosekundrörelser har varit svårt på grund av de tekniska utmaningarna som kommer med att generera och detektera terahertzvågor, och på grund av det faktum att vatten absorberar dessa vågor i stor utsträckning. Dessutom finns det många överlappande vibrationer som gör det svårt att lösa specifika spektroskopiska egenskaper. De flesta framstegen hittills har använt terahertz tidsdomänspektroskopi på proteiner i artificiella former för att undvika vattenabsorption, men detta påverkar proteinernas rörelser och studiet av enzymreaktioner.

– För att övervinna dessa utmaningar, planerar vi i detta projekt att använda den senaste terahertz-teknologin och teknikerna som används för rymd- och atmosfärsvetenskap och kombinera det med att anpassa metoder för proteiner i vätska.