Skip to content
Home » DOD Grant helpt bij het upgraden van speciale koelkasten voor onderzoek naar kwantumfysica

DOD Grant helpt bij het upgraden van speciale koelkasten voor onderzoek naar kwantumfysica

    Verdunningskoelkasten zijn essentieel voor onderzoek naar kwantumfysica.

    Onderzoekers en studenten van de faculteiten Natuurkunde, Werktuigbouwkunde en Materiaalkunde die aan kwantumfysica werken, krijgen binnenkort een upgrade van de apparatuur dankzij een subsidie ​​van het ministerie van Defensie.

    Professor Jay Sharping renoveert twee verdunningskoelkasten die nodig zijn om metingen uit te voeren op monsters bij temperaturen zo laag als 10 millikelvin (mK) – bijna het absolute nulpunt.

    “Vrijwel alles stopt bij die lage temperaturen – elk gas behalve bepaalde soorten helium – elk gas verandert in een vloeistof of een vaste stof,” zei Sharping. “De reden om dat te doen is dat als je met welk soort materiaal dan ook werkt, bijvoorbeeld silicium, er gewoon veel thermische energie is bij kamertemperatuur en je niet weet of dat geluid problemen veroorzaakt.”

    Verdunningskoelkasten zijn essentieel voor onderzoek naar kwantumfysica.De extreme kou die door de verdunningskoelkasten wordt gegenereerd, verwijdert thermische ruis uit experimenten en geeft inzicht in kwantumgedrag en andere fundamentele fysieke processen die normaal worden verdoezeld door thermische beweging van de materie waaruit het systeem bestaat.

    Emeritus hoogleraar natuurkunde Raymond Chiao kocht in 2008 twee verdunningskoelkasten van het merk Oxford voor de onderzoekslaboratoria van Castle en ze werkten tot 2020.

    “Talrijke postdoctorale wetenschappers, promovendi en niet-gegradueerde studenten zijn opgeleid in systeembediening en hebben hun onderzoek uitgevoerd. Met name drie Ph.D. studenten zijn gaan werken in nationale laboratoria waar vergelijkbare instrumenten worden gebruikt, “schreef Sharping in zijn subsidievoorstel. “Sinds de installatie van het systeem hebben we vijf beurzen ontvangen en meer dan tien artikelen gepubliceerd die zonder de DR’s niet mogelijk zouden zijn geweest.”

    Maar de koelkasten naderen het einde van hun levensduur, dus in plaats van om geld te vragen om twee nieuwe koelkasten te kopen, vroeg Sharping geld om de oude op te knappen en ze te verplaatsen naar zijn nieuwe lab in het Biomedical Sciences and Physics Building op de campus, dat opende als onderdeel van het Merced 2020-project. Hij voegt ook nieuwe instrumenten toe die een breder scala aan state-of-the-art onderzoek mogelijk maken. Via zijn instrumentatiesubsidies voor minderheidsdiensten gaf het ministerie van Defensie Sharping $ 565.000.

    “We kunnen ze allebei goed laten werken en een reeks nieuwe instrumenten hebben voor minder dan de prijs van het kopen van een nieuwe verdunningskoelkast,” zei Sharping.

    Kwantumfysica heeft veel aandacht gekregen in de Verenigde Staten en over de hele wereld, zei Sharping. De National Science Foundation noemt het een van zijn 10 “grote ideeën” en de Amerikaanse Senaat heeft voorstellen gehoord met betrekking tot nationale veiligheid en infrastructuur en personeelsontwikkeling. Maar de meeste van dat soort wetenschap vereist het uitvoeren van metingen in de buurt van 10mK, en een kwantumgereed personeelsbestand heeft training nodig.

    Sharping en medewerkers Chiao, Michael Scheibner en Hui Cai zullen onderwerpen bestuderen als qubits, kwantumcomputing, begrip van supergeleiding, holtekwantumelektrodynamica, ultramoderne kwantumapparaten, kwantummaterialen en op vaste stoffen gebaseerde kwantumstralers.

    Sharping creëert ook een nieuwe niet-gegradueerde laboratoriumcursus voor natuurkunde in moderne optica en heeft tot doel het tellen van fotonen als een van de modules op te nemen, samen met het implementeren van een programma voor studenten om experimenten te helpen volgen terwijl ze plaatsvinden.

    “Onze studenten leren hoe ze het systeem moeten bedienen, omdat het een meerdaags proces is om van kamertemperatuur naar 10mK te gaan en het werkt vaak niet, en de experimenten in de monsterkamer uit te rusten,” zei Sharping. “Ze gaan bestuderen hoe materialen zich gedragen in een magnetisch veld omdat er supergeleidende magneten zijn die deel uitmaken van het systeem, supersnelle gebeurtenissen vastleggen, materialen karakteriseren, fotonen tellen, nanopositionering en nog veel meer. Het is een geweldige ervaring voor je.”