Organic masers for microwave quantum optics

用于微波量子光学的有机微波激射器

基本信息

  • 批准号:
    2126187
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2018 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Portable, chip-scale devices capable of detecting single photons at microwave frequencies would open up many new application including quantum-enhanced radar and more sensitive (thus faster) form or magnetic resonance spectroscopy and imaging. To date, the only devices capable of detecting single microwave photons require bulky, power-hungry cryogenic refrigerators, ultra-high vacuum systems and/or magnets. By exploiting stimulated emission, a maser can swiftly build up a detectable avalanche of photons from just a single injected photon. Based purely on the quantum-mechanical flipping of static spins, masers avoid the noise processes that plague electronic (semiconductor) amplifiers. Solid-state masers operating at room temperature have been demonstrated in recent years, though only as oscillators. With respect to low-noise amplification at the single-photon level, optically-pumped masers incorporating organic molecular crystals offer advantages over all known types, especially in pulsed (= radar) mode. The PhD student will focus on the discovery and demonstration of novel organic maser materials optimized for single-photon detection. As a well-rounded PhD project in "quantum materials engineering", her/his work will encompass computer-based molecular design, the purification of chemicals, the growth of organic maser crystals, the construction of microwave instrumentation, the characterization of each crystal's spin-dynamics using EPR spectroscopy, and thereupon the construction of practical demonstrators.
能够在微波频率下检测单光子的便携式芯片级设备将开辟许多新的应用,包括量子增强雷达和更灵敏(因此更快)的形式或磁共振光谱和成像。迄今为止,唯一能够检测单个微波光子的设备需要笨重、耗电的低温冰箱、超高真空系统和/或磁铁。通过利用受激发射,微波激射器可以仅从单个注入光子中快速建立可检测的光子雪崩。纯粹基于静态自旋的量子力学翻转,微波激射器避免了困扰电子(半导体)放大器的噪声过程。近年来,在室温下工作的固态微波激射器已经得到证实,尽管只是作为振荡器。就单光子水平的低噪声放大而言,结合有机分子晶体的光泵浦微波激射器比所有已知类型具有优势,特别是在脉冲(=雷达)模式下。博士生将专注于发现和演示针对单光子探测而优化的新型有机微波激射材料。作为“量子材料工程”的全面博士项目,她/他的工作将包括基于计算机的分子设计、化学品的纯化、有机微波晶体的生长、微波仪器的构建、每个晶体自旋的表征-使用 EPR 光谱进行动力学研究,然后构建实用的演示器。

项目成果

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