W gronie laureatów 13. edycji konkursu Sonata Bis Narodowego Centrum Nauki znaleźli się dwaj naukowcy z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki: dr hab.  Jacek Herbrych, prof. uczelni oraz dr inż. Paweł Mrowiński. Na swoje badania otrzymali w sumie 4,5 mln zł.

Program Sonata Bis skierowany jest do badaczy, którzy chcieliby powołać nowy zespół. Można w nich otrzymać środki na wynagrodzenia, w tym również stypendia dla studentów lub doktorantów, zakup lub wytworzenie aparatury naukowo-badawczej oraz pokryć inne koszty związane z realizacją projektu.

W trzynastej edycji konkursu dofinansowanie przyznano 38 projektom, które zostały wyłonione przez zespoły ekspertów spośród 420 złożonych wniosków. Na ich realizację naukowcy pracujący w jednostkach na terenie całej Polski otrzymają ponad 105 mln zł. Wśród wyróżnionych znaleźli się dwaj naukowcy z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki: dr hab. Jacek Herbrych, prof. uczelni oraz dr inż. Paweł Mrowiński.

Ponad 2,7 mln zł na projekt „Zintegrowane kwantowe układy fotoniczne na platformie hybrydowej InP/SiO2” otrzymał dr inż. Paweł Mrowiński. Nasz naukowiec zajmie się w nim opracowaniem przyrządu w oparciu o kropki kwantowe, jako źródła pojedynczych fotonów, które będą zintegrowane w układzie falowodowym.

– Będziemy m.in. badać wydajność przesyłania fotonów na czipie półprzewodnikowym, możliwości ich kierowania i przetwarzania – wyjaśnia dr Mrowiński. – Ostatecznie postaramy się zaprojektować oraz wykonać falowodowy układ fotoniczny, który pozwoli zademonstrować oddziaływanie dwóch identycznych fotonów. Jest to kluczowy efekt, niezbędny w przeprowadzaniu kwantowych operacji logicznych.

Oprócz zaawansowanych metod spektroskopii optycznej wykorzystywanej do charakteryzacji urządzeń, istotna część projektu związana będzie z wytwarzaniem nanostruktur o wysokiej jakości oraz z technologią przetwarzania układu na platformie InP/SiO2/Si.

Koncepcja wykorzystania pojedynczego fotonu jako nośnika informacji pojawia się w wielu pracach naukowych, w których proponowane są nowe kwantowe algorytmy obliczeniowe czy bezpieczne kanały transmisji danych. – W dziedzinie nanofotoniki wykorzystuje się nanostruktury półprzewodnikowe, które poprzez zaawansowane metody inżynierii materiałowej oraz inżynierii fotonicznej są zdolne do emisji pojedynczych fotonów na żądanie o dobrze zdefiniowanych właściwościach – wyjaśnia badacz z W11. – W tym kontekście niezwykle interesujące są nanofotoniczne układy falowodowe wytwarzane na podobieństwo elektronicznych układów scalonych (tzw. układy „on-chip”), w których dzięki silnemu oddziaływaniu światła i materii można zaprojektować elementy logiczne potrzebne przy obliczeniach kwantowych.

– W takich układach niedawno zaobserwowano kierunkową emisję spolaryzowanych fotonów w związku z efektem chiralnego sprzężenia, co w konfiguracji z interferometrem Macha-Zehndera można wykorzystać jako układ logiczny CNOT – dodaje dr Paweł Mrowiński, który swoje badania nad efektem chiralnego sprzężenia prowadził w grupie prof. Stephana Reitzensteina na Uniwersytecie Technicznym w Berlinie.

Obecnie jego zainteresowania dotyczą również badania struktur fotonicznych pozwalających na uzyskanie wydajnego źródła jednofotonowego w zakresie drugiego i trzeciego okna telekomunikacyjnego.

Z kolei ponad 1,8 mln na projekt „Właściwości niskowymiarowych układów kwantowych o wielu lokalnych stopniach swobody” otrzymał prof. Jacek Herbrych. 

– Układy z silnymi korelacjami kwantowymi stanowią najważniejszy obszar badawczy we współczesnej fizyce materii skondensowanej – mówi naukowiec z W11. – Eksperymenty na nadprzewodnikach wysokotemperaturowych na bazie miedzi pokazały, że ich właściwości są ściśle powiązane ze stanem złego metalu („bad metals”) oraz antyferromagnetycznym uporządkowaniem spinów. W konsekwencji w ciągu ostatnich 40 lat intensywnie skupiono się na zrozumieniu korelacji między elektronami oraz nad magnetyzmem wynikającym z ich silnego oddziaływania.

Prof. Jacek Herbrych w swoim grancie zajmie się stworzeniem grupy badawczej, która skupi się na zbadaniu drugiej co do wielkości rodziny nadprzewodników wysokotemperaturowych: materiałów wielopasmowych. A w szczególności tych na bazie żelaza.

– W odróżnieniu od miedziowych materiałów, żelazowce wykazują różnorodne fazy wynikające z wielopasmowej natury samego żelaza, a dokładniej z rywalizacji między elektronowymi, orbitalnymi oraz spinowymi stopniami swobody – wyjaśnia prof. Herbrych.

Wśród tych nowych efektów wyróżnia się orbitalnie-selektywna faza Motta, w której korelacje elektronowe powodują wyjątkową „mieszankę” metalu oraz izolatora.

– Szczególny nacisk zostanie położony na przestrzenną zależność wzbudzeń w tych układach, co ma kluczowe znaczenie dla narzędzi spektroskopowych używanych w eksperymentach – opowiada laureat. – Dzięki temu nasz projekt pozwoli na lepsze zrozumienia, opis i wyjaśnienie tych złożonych i fascynujących aspektów fizyki materii skondensowanej.