NSF vergibt 18 Millionen US-Dollar an die University of California San Diego zur Förderung der Quantenmaterialforschung
Die US-amerikanische National Science Foundation (NSF) hat kürzlich bekannt gegeben, dass sie der University of California San Diego (UC San Diego) eine sechsjährige Förderung in Höhe von insgesamt 18 Millionen US-Dollar (Fördernummer: NSF Award #2614051) gewährt, um ein neues Materialforschungswissenschafts- und Ingenieurzentrum (MRSEC) einzurichten. Dieses Zentrum wird sich auf die Entwicklung fortschrittlicher Quantenmaterialien konzentrieren und ist Teil des nationalen Materialprogramms der NSF mit einem Gesamtvolumen von 108 Millionen US-Dollar. Dieses Programm fördert gleichzeitig MRSEC-Zentren an sechs Hochschulen, darunter die Princeton University, Harvard University, Columbia University, das Massachusetts Institute of Technology und die University of Nebraska-Lincoln, die gemeinsam Spitzenforschung in Bereichen wie Quantenmetamaterialien, weiche Materie und Mikroelektronik vorantreiben.
Von Biomaterialien zur Quantentechnologie-Hardware
Für die UC San Diego ist diese Förderung für den Zeitraum 2026 bis 2032 eine wettbewerbliche Verlängerung der 2020 erstmals erhaltenen MRSEC-Förderung. Diese Verlängerung verlagert die Kernaufgabe des Zentrums von Biomaterialien und Polymerchemie hin zu grundlegender Quantentechnologie-Hardware. Das Zentrum wird gemeinsam von der Jacobs School of Engineering und der Division of Physical Sciences geleitet und arbeitet mit regionalen Partnern wie der University of California Irvine, der University of California Los Angeles und der University of California Santa Barbara zusammen. Die experimentellen und computergestützten Forschungsarbeiten des Zentrums sind um zwei Hauptschwerpunkte organisiert.
Schwerpunkt 1: Quantenmetamaterialien für die rein optische Verarbeitung
Dieser Schwerpunkt wird gemeinsam von Professor Zhaowei Liu (Elektro- und Computertechnik) und Professor Richard Averitt (Physik) geleitet. Das Forschungsteam konzentriert sich auf nanoskalige technische Strukturen, die klassische Entwurfsregeln überwinden und quantenmechanische Effekte nutzen, um neue Funktionen zu ermöglichen. Mithilfe von Bottom-up-chemischer Selbstorganisation kann das Team nanoskalige optische Fallen und Plasmonenstrukturen herstellen, die ultraschnelle Infrarot-Lichtimpulse in sichtbares Licht umwandeln – mit einer Effizienz, die mehr als 1000-mal höher ist als bei herkömmlichen Metallstrukturen. Diese ultrakompakten, schnell schaltenden Strukturen sind für die rein optische Quantensignalverarbeitung, Nanophotonik und KI-Recheninfrastruktur mit geringer Latenz vorgesehen.
Schwerpunkt 2: Chemisch maßgeschneiderte zweidimensionale Übergitter-Materialien
Dieser Schwerpunkt wird gemeinsam von Professor Joshua Figueroa (Chemie) und Professor Monica Allen (Physik) geleitet. Das Forschungsteam konzentriert sich darauf, die elektronischen Quantenzustände in zweidimensionalen Materialien mit atomarer Dicke zu kontrollieren. Durch die Synthese organometallischer Bausteine zur Konstruktion strukturierter mehrschichtiger Übergitter kann das Team die Bewegung von Elektronen auf spezifische quantenmäßig geordnete Pfade beschränken. Mithilfe von Tieftemperatur-Mikrowellenbildgebung untersucht das Team elektronische Phasen in topologischen Isolatoren, zweidimensionalen Supraleitern und geschichteten Halbleitern, um energiearme Quantenelektronik und zuverlässige Quantenbit-Verbindungen zu entwickeln.
Infrastruktur für Hochleistungsmodellierung und Nachwuchsförderung
Um die Syntheseengpässe im riesigen chemischen Suchraum zu überwinden, hat das Zentrum datengetriebene prädiktive Modellierungsfähigkeiten integriert, die durch die von Professor Tod Pascal (Nanotechnik) geleitete Recheneinrichtung für mesoskaliges Materialdesign umgesetzt werden. Diese Einrichtung arbeitet mit dem San Diego Supercomputer Center (SDSC) zusammen und nutzt Machine-Learning-Algorithmen auf der Grundlage von Quantensimulationen aus ersten Prinzipien, um Kandidaten für Übergitter- und Metamaterialarchitekturen zu screenen und den experimentellen Synthesezyklus zu beschleunigen.
Darüber hinaus verwaltet das Zentrum die Materials Characterization Facility (MCF) für kommerzielle Tests und betreibt das Programm „Research Immersion in Materials Science and Engineering“ (RIMSE) – ein von der NSF finanziertes Programm zur Förderung von Arbeitskräften, das Transferstudierenden, Graduiertenforschenden und Industriepartnern Schulungen an fortschrittlichen Quantenlaborinstrumenten und Berechnungsmethoden bietet.
Diese Förderung wird die Entwicklung des Bereichs der Quantenmaterialien maßgeblich vorantreiben und die Grundlage für zukünftige Quantencomputing- und Elektroniktechnologien legen. Technische Einzelheiten zu den einzelnen Richtungen und die ursprüngliche Ankündigung finden Sie in den offiziellen Informationen von NSF und UC San Diego.