La NSF octroie 18 millions de dollars à l'Université de Californie à San Diego pour la recherche sur les matériaux quantiques
La National Science Foundation (NSF) a récemment annoncé l'attribution à l'Université de Californie à San Diego (UC San Diego) d'une subvention de 18 millions de dollars sur six ans (numéro : NSF Award #2614051) pour créer un nouveau Centre de recherche en science et ingénierie des matériaux (MRSEC). Ce centre se concentrera sur le développement de matériaux quantiques avancés et fait partie du programme national des matériaux de la NSF, doté d'un montant total de 108 millions de dollars. Ce programme finance également les centres MRSEC de six universités, dont l'Université de Princeton, l'Université Harvard, l'Université Columbia, le Massachusetts Institute of Technology et l'Université du Nebraska à Lincoln, afin de faire progresser ensemble la recherche de pointe dans des domaines tels que les métamatériaux quantiques, la matière molle et la microélectronique.
Des biomatériaux au matériel quantique
Pour l'UC San Diego, cette subvention couvrant la période 2026-2032 constitue le renouvellement concurrentiel du premier financement MRSEC obtenu par l'université en 2020. Ce renouvellement réoriente la mission centrale du centre, qui passe des biomatériaux et de la chimie des polymères au matériel quantique fondamental. Le centre est codirigé par l'École d'ingénierie Jacobs et la Division des sciences physiques, et mène ses recherches en collaboration avec des partenaires régionaux tels que l'Université de Californie à Irvine, l'Université de Californie à Los Angeles et l'Université de Californie à Santa Barbara. Le centre organise ses travaux de recherche expérimentaux et computationnels autour de deux axes principaux.
Axe 1 : Métamatériaux quantiques pour le traitement tout optique
Cet axe est codirigé par Zhaowei Liu, professeur de génie électrique et informatique, et Richard Averitt, professeur de physique. L'équipe de recherche se concentre sur des structures nanométriques d'ingénierie qui dépassent les règles de conception classiques et exploitent les effets de la mécanique quantique pour réaliser de nouvelles fonctions. Grâce à des techniques de chimie auto-assemblée ascendante, l'équipe est capable de fabriquer des pièges optiques et des structures plasmoniques à l'échelle nanométrique qui convertissent des impulsions infrarouges ultrarapides en lumière visible, avec une efficacité supérieure de plus de 1000 fois à celle des structures métalliques conventionnelles. Ces structures ultra-compactes et à commutation rapide sont destinées à des applications dans le traitement tout optique des signaux quantiques, la nanophotonique et les infrastructures de calcul IA à faible latence.
Axe 2 : Matériaux à super-réseaux bidimensionnels sur mesure chimique
Cet axe est codirigé par Joshua Figueroa, professeur de chimie, et Monica Allen, professeure de physique. L'équipe de recherche se concentre sur le contrôle des états quantiques électroniques dans les matériaux bidimensionnels d'épaisseur atomique. En synthétisant des éléments de construction organométalliques pour former des super-réseaux multicouches structurés, l'équipe est en mesure de confiner le mouvement des électrons dans des trajectoires quantiques ordonnées spécifiques. Grâce à l'imagerie micro-ondes à basse température, l'équipe étudie les phases électroniques dans les isolants topologiques, les supraconducteurs bidimensionnels et les semi-conducteurs en couches, afin de développer une électronique quantique à faible consommation et des interconnexions fiables pour les qubits.
Infrastructure de modélisation haute performance et de formation de la main-d'œuvrePour surmonter les goulets d’étranglement de la synthèse dans le vaste espace de recherche chimique, le centre intègre des capacités de modélisation prédictive axées sur les données, mises en œuvre par l’installation de calcul pour la conception de matériaux mésoscopiques dirigée par le professeur de nano-ingénierie Tod Pascal. Cette installation, en collaboration avec le San Diego Supercomputer Center (SDSC), utilise des algorithmes d’apprentissage automatique fondés sur des simulations quantiques de premiers principes pour filtrer les architectures candidates de super-réseaux et de métamatériaux, accélérant ainsi le cycle de synthèse expérimentale.
De plus, le centre gère l’installation de caractérisation des matériaux (MCF) pour les tests commerciaux et pilote le programme « Expérience immersive en recherche en science et génie des matériaux » (RIMSE) — un programme de formation de la main-d’œuvre financé par la NSF, visant à former les étudiants transférés, les chercheurs de troisième cycle et les partenaires industriels à l’utilisation d’instruments avancés de laboratoire quantique et de méthodes computationnelles.
Cette subvention stimulera considérablement le développement du domaine des matériaux quantiques, jetant ainsi les bases des futures technologies de calcul quantique et d’électronique. Pour les détails techniques et les annonces originales concernant les différentes orientations, veuillez vous référer aux informations publiées officiellement par la NSF et l’UC San Diego.