En topologiskt skyddad laddningspump för ampererealisering
- Diarienummer
- FID24-0068
- Projektledare
- Cedergren, Karin
- Start- och slutdatum
- 250801-300731
- Beviljat belopp
- 3 250 000 kr
- Förvaltande organisation
- RISE Borås
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Projektet kommer att bygga kompetens inom området topologiska isolatorer (TI) i Sverige, och i synnerhet på vår Riksmätplats på RISE. Denna nya klass av material har många potentiella tillämpningar och har varit föremål för intensiva studier sedan den första experimentella upptäckten 2007, inklusive på det metrologiska området. För att vara med och utveckla nya applikationer är det viktigt att bygga kunskap och kompetens i Sverige. Vi vill bygga vidare på vår långa erfarenhet av kvantbaserade mätningar för att utveckla nästa generations strömreferenser med hjälp av kvantfysik och nya avancerade material. Vi kommer att utveckla strömnormaler baserade på SEP-tekniken (single electron pump), och utnyttja TIs speciella egenskaper för att förbättra noggrannheten hos de genererade strömmarna. Tidigare tekniker, som använt sig av halvledande eller metalliska material, har begränsats av fundamentala problem som är svåra att komma runt, men de kvantmekaniska egenskaperna hos TI kan eliminera några av dessa effekter och förbättra noggrannheten hos strömnormalerna. I projektet kommer vi att utveckla och tillverka SEP-komponenter med hjälp av det avancerade nanotillverkningslabbet på Chalmers, och Chalmers-gruppens expertis inom området. Vi kommer sedan att testa och karakterisera enheterna mot de nationella RISE-standarderna. Projektet kommer att främja metrologiområdet i Sverige och ge effekter inom många andra teknik- och samhällsområden som strålsäkerhet och miljöövervakning.
Populärvetenskaplig beskrivning
I det här projektet vill vi utnyttja ett nytt topologiskt material för att utveckla en-elektron-pumpar för noggrannare realisering av strömenheten ampere. Att kunna mäta små strömmar med hög noggrannhet är viktigt för många av samhällets stora utmaningar, från klimatförändringar och miljöövervakning till hälsa och kvantteknologi. Små strömmar, mätta med extremt hög noggrannhet, ligger till grund för sensorer inom många vitt skilda områden. Personliga dosimetrar för säkert arbete inom kärnkraftsbranschen, medicinska tillämpningar för att kunna mäta och reglera stråldosen vid strålning av cancerceller, tillförlitliga mätningar av luftföroreningar och radiometri (mätning av ljus) är bara några exempel. En-elektron-pumpar genererar i dagsläget strömmar upp till ungefär 100 pA genom att transportera elektroner en och en med en kontrollerad hastighet. De är dock alltid behäftade med ett visst fel som sänker noggrannheten och som uppstår på grund av mikroskopiska mekanismer som spridning av elektroner, på grund av till exempel orenheter i materialet, och sam-tunnling av elektroner där två elektroner kommer att räknas som en. Medan traditionella en-elektron-pumpar är tillverkade i metall eller halvledare så introducerar det här projektet en specifik klass av kvantmaterial, en så kallad Weyl halvmetall som har potential att komma till rätta med vissa av de här problemen och signifikant öka noggrannheten i strömrealiseringarna. Det är ett helt nytt angreppssätt som har stor potential att revolutionera precisionen i små strömrealiseringar.