Tieftemperatur-Mikrowellenmessapparatur für schnelle Probencharakterisierung

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448792623

Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist die effiziente Verbesserung von festkörperbasierten Quantensystemen im Mikrowellenbereich und bei tiefen Temperaturen. Sowohl für Quantencomputing als auch für Quantenkommunikationssysteme, und Quantensensoren muss der Einfluss von Störungen auf hochsensible Quantensysteme auf ein absolutes Minimum reduziert werden. Somit ist die Herstellung und die Kontrolle von Resonatoren, Quantenbits, Kopplungselementen, Verstärkern oder anderen Quantensystemen mit hoher Güte und das grundlegende Verständnis der Kohärenz-limitierenden Mechanismen von immenser Bedeutung für weitere quantentechnologische Anwendungen. Die Charakterisierung und die effiziente Verbesserung solcher Systeme wird jedoch durch die relativ lange Dauer eines Testzyklus bestehend aus Abkühlen, Messen und Aufwärmen erheblich erschwert. In diesem Projekt werden wir die Qualität und die Kontrolle von supraleitenden Quantenschaltkreisen sowie von hybriden Quantensystemen, die verschiedene mikroskopische Freiheitsgrade eines Festkörpersystems (Phononen, Magnonen, Plasmonen, Photonen) oder verschiedene Materialien vereinen, verbessern. Dazu ist eine Tieftemperatur-Mikrowellenapparatur notwendig, die einen schnellen Probenaustausch und die rasche Charakterisierung über einen weiten Frequenzbereich ermöglicht. Das beantragte System besteht aus einem Mischkryostaten mit einem Schnellladesystem, das es ermöglich Proben innerhalb weniger Stunden auf die Basistemperatur von 10-20mK abzukühlen um damit den Probendurchsatz signifikant zu erhöhen. Die Kühlleistung, das Probenvolumen und die Verkabelung des Kryostaten ist so ausgelegt, dass damit verschiedene Systeme (supraleitende Quantenschaltkreise, hybride Systeme, Mikrowellenkomponenten) in einem Frequenzbereich bis zu 40GHz charakterisiert werden können. Für die zeitaufgelöste Kontrolle und Messung mittels Homodyne-Technik werden schnelle Arbiträr-Wellengeneratoren (AWGs) und Mikrowellensignalquellen, sowie eine AWG/Digitizer Messeinheit zusammen mit Tieftemperatur-Mikrowellenkomponenten (rauscharme Verstärker, Zirkulatoren und Isolatoren) benötigt. Zur raschen Charakterisierung des Frequenzgangs der Proben und zur gleichzeitigen Messung verschiedener Eingangs-/Ausgangsrelationen ist ein Vektorsignalanalysator mit vier Kanälen vorgesehen.Das Messsystem wird am Walther-Meißner-Institut installiert und wird von der Gruppe von Stefan Filipp betreut. Es steht sowohl Gruppen innerhalb des Instituts also auch Gruppen im Forschungsverbund (Exzellenzcluster, TUM-Institute) zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Tieftemperatur-Mikrowellenmessapparatur für schnellen Probenaustausch
• Gerätegruppe: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)
• Antragstellende Institution: Technische Universität München (TUM)
• Leiter: Professor Dr. Stefan Filipp