Variable temperature measurement system for quantum devices from strongly correlated and topological materials

强相关拓扑材料量子器件的可变温度测量系统

基本信息

  • 批准号:
    RTI-2021-00273
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.43万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Research Tools and Instruments
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

We propose to purchase a Variable Temperature Insert (VTI) for the study of quantum electronic devices, over an enormous temperature range covering the deeply cryogenic limits of 1.5K, all the way up to room temperature. Electronic devices offer a powerful platform to from which to study novel quantum mechanical effects, then in many cases to harness them for technological applications. One example of such "quantum devices" are qubits, the building block of quantum computers, which are based on long-lived quantum states that can only be found at the lowest available temperatures--within a few hundredths of a degree above absolute zero. Since arriving at UBC 15 years ago my group has specialized in the type of quantum devices that require ultra-low temperatures to access, and have built up a lab with several dilution refrigerators optimized for achieving such conditions. In the last few years, however, a new type of quantum device has emerged in which new materials, often based on 2D materials such as graphene, show quantum effects at much higher temperatures. These effects are typically based on strong interactions between the constituent electrons, or on topological protection. A beautiful example is twisted bilayer graphene, in which two sheets of graphene are deposited one atop the other with a precise angle misalignment between them. The resulting Moire pattern yields a material that can be tuned from superconductor to ferromagnet to correlated insulator with just a few volts on a nearby gate. This opens up the possibilities that were long hoped-for with strongly correlated materials, an field of particular expertise in Canada, but now in a material system that is as controllable as the transistor in a computer chip. Interestingly, the ultra-low temperatures appropriate for qubits and other "conventional" quantum devices are not only inconvenient, but may even hide the most interesting phenomena from study, making a VTI critical for the study of this new generation of devices. We will modify one of our existing measurement systems to fit the proposed VTI, taking advantage of the magnet cryostat already in our lab (thanks to previous CFI funding). The system will offer the fast access to a broad temperature range ideally suited to 2D materials, including twisted bilayer graphene. Our group has already established itself as a leader in quantum electronic device measurements in Canada; this funding will enable us to rapidly expand into the promising new area of strongly correlated and topological devices.
我们建议购买可变温度插入物(VTI),以研究量子电子设备的研究,以覆盖1.5K的深度低温限制,一直到室温。 电子设备提供了一个强大的平台,可以从中研究新颖的量子机械效应,然后在许多情况下利用它们用于技术应用。 这样的“量子设备”的一个例子是量子计算机的构成块,这些量子基于长寿命量子状态,只能在最低的可用温度下找到 - 与绝对零以上的数百分之一的数百分之一。 自从15年前到达UBC以来,我的小组已经专门从事需要超低温度才能进入的量子设备的类型,并建立了一个实验室,该实验室具有优化的几个用于实现此类条件的稀释冰箱。 然而,在过去的几年中,已经出现了一种新型的量子设备,其中通常基于2D材料(例如石墨烯)在更高温度下显示量子效应。 这些效果通常基于组成电子之间的强烈相互作用或拓扑保护。 一个美丽的例子是扭曲的双层石墨烯,其中将两张石墨烯放在另一张石墨烯之间,它们之间的角度不一致。 所得的Moire模式产生的材料可以从超导体到铁磁体到相关的绝缘子,并在附近的栅极上只有几伏。 这打开了长期以来一直希望拥有强烈相关的材料,这是加拿大特殊专业知识的可能性,但现在具有与计算机芯片中晶体管一样可控的材料系统。 有趣的是,适合量子台和其他“常规”量子设备的超低温度不仅不便,而且甚至可能隐藏了研究中最有趣的现象,这使得对这一新一代设备的研究至关重要。 我们将修改现有的测量系统之一,以适合拟议的VTI,利用我们实验室中已经存在的磁铁低温恒温器(得益于以前的CFI资金)。 该系统将为包括扭曲的双层石墨烯在内的2D材料提供快速访问宽的温度范围。 我们的小组已经确立了加拿大量子电子设备测量领域的领导者;这笔资金将使我们能够迅速扩展到有希望的新领域,该领域与拓扑设备和拓扑设备有着强烈的相关性。

项目成果

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