EAGER: SUPER: Light and Warm Polariton Driven Superconductors (PoDS)

EAGER:SUPER:光和温暖的极化子驱动超导体(PoDS)

基本信息

项目摘要

Nontechnical AbstractThis EAGER project aims to utilize light to control electron flow, so as to turn an electronic material into a conductor of zero resistance--a superconductor--under readily accessible conditions. Superconductivity at accessible temperatures and pressure has been one of the key research objectives in quantum physics and materials science. Once realized, it would have enormous impact on society, from energy efficiency of the electrical grid to thermal management of integrated chips and reduced electrical consumption. The team will perform a combined theoretical-experimental study to explore a new pathway toward this goal, utilizing coherent light (lasers) to "drive" electrons into a superconducting state, via integrating novel quantum materials with specially designed photonic structures. In addition, graduate and undergraduate students will be trained on a wide range of state-of-the-art theoretical and experimental tools and techniques through a close theory-experiment collaboration at the cross-disciplinary cutting edge of condensed-matter physics, quantum optics, low-dimensional materials, and nano-photonics.Technical AbstractSuperconductivity is a crown jewel of modern condensed-matter physics. Although the fundamental mechanism of a Bardeen-Cooper-Schrieffer superconductor has been understood since the 1950s, higher critical temperature continues to be a grand challenge, as we have been mostly at the mercy of material properties given by nature. In recent years, however, technologies have been developed to exert unprecedented control over materials to alter or even to engineer their properties. Motivated by recent theoretical discoveries of new superconducting mechanisms, breakthroughs in van der Waals heterostructures, and advances in sophisticated photonic structures, the team will explore a potentially more versatile and practical pathway toward high Tc--polariton driven superconductors--where a highly controllable, high-temperature polariton superfluid provides a new mechanism for Cooper-pair formation. The project will develop the fundamental understanding and key technologies for a new type of superconductor controllable by light, including how to use an ultra-light superfluid to introduce and control strong pairing potentials between electrons in the proximity, effects and limitations of electron band dispersion, and the influence of dimensionality on superconductivity. It will advance multiple research frontiers spanning materials science, quantum photonics, condensed-matter physics, theoretical physics, and potentially particle physics through the deep connection between the Anderson-Higgs mechanism in superconductors and the Higgs mechanism in particle physics.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这个迫切的项目旨在利用光来控制电子流动,以便在容易接近的条件下将电子材料转变为零电阻的导体--超导体。在可接受的温度和压力下的超导电性一直是量子物理和材料科学的主要研究目标之一。一旦实现,将对社会产生巨大的影响,从电网的能效到集成芯片的热管理和降低电能消耗。该团队将进行一项理论和实验相结合的研究,探索一条实现这一目标的新途径,通过将新型量子材料与特殊设计的光子结构相结合,利用相干光(激光)将电子“驱动”到超导状态。此外,研究生和本科生将通过在凝聚态物理、量子光学、低维材料和纳米光子等交叉学科的前沿领域进行密切的理论-实验合作,在广泛的最先进的理论和实验工具和技术方面进行培训。技术摘要超导是现代凝聚态物理学皇冠上的明珠。尽管Bardeen-Cooper-Schrieffer超导体的基本机制自20世纪50年代以来就已经被理解,但更高的临界温度仍然是一个巨大的挑战,因为我们主要受制于自然赋予的材料性质。然而,近年来,技术得到了发展,可以对材料施加前所未有的控制,以改变甚至改变其性能。在最近新超导机制的理论发现、范德华异质结构的突破和复杂光子结构的进步的推动下,该团队将探索一种潜在的更多功能和更实用的途径来实现高T_c--极化激元驱动的超导体--其中高度可控的高温极化超流为库珀对的形成提供了一种新的机制。该项目将发展对新型光控超导体的基本认识和关键技术,包括如何利用超轻超流体引入和控制邻近电子之间的强对应势,电子能带色散的影响和限制,以及维度对超导电性的影响。它将通过超导体中的安德森-希格斯机制和粒子物理中的希格斯机制之间的深度联系,推动跨越材料科学、量子光子学、凝聚态物理、理论物理和潜在的粒子物理的多个研究前沿。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(3)
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专利数量(0)
Single-Photon Emission from Rewritable Nanoimprinted Localized Emitter Arrays in Atomically Thin Crystals
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Lai, Ying-Yu;Chen, Po-Han;Chen, Chun-An;Lee, Yi-Hsien;Deng, Hui
  • 通讯作者:
    Deng, Hui
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Paik, Eunice Y.;Zhang, Long;Hou, Shaocong;Zhao, Haonan;Chou, Yu‐Hsun;Forrest, Stephen R.;Deng, Hui
  • 通讯作者:
    Deng, Hui
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  • 作者:
    Xiaomeng Xu;Donghui Chen;Liqin Mei;Hui Deng
  • 通讯作者:
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