Grant: Alliance Grants
Université de Sherbrooke
$282,609.00
Quantum devices based on high temperature superconductors for innovative sensing applications
FY 2023-24
Summary
The discovery of superconductors with high critical temperature has opened the possibility to design electronic devices working without energy losses at liquid nitrogen temperature. However, most of these devices rely on an extreme control of the growth of high-quality thin films, and the usual methods for their production is not suited for industrial processes. The company Ambature, our industrial partner in this project, has recently been able to fabricate such films where two layers of YBa2Cu3O7 (YBCO), superconducting below a temperature of 93K, are separated by a thin insulating layer made of PrBa2Cu3O7 (PBCO) while maintaining high crystallographic quality, thus enabling the possibility to make devices such as Josephson junctions, a key component for superconducting electronics. For the moment, this has only been done on small substrates.The goal of our project is to extend the fabrication procedure invented by Ambature to substrate compatibles with industrial processes, and to develop, thanks to these films or similar ones, novel types of ultra-sensitive detectors . In particular, we will develop probes for nuclear magnetic resonance and for high frequency, contactless Hall effect in bidimensional materials, and photon counters. These devices will take advantage of the high critical temperature and high critical magnetic field of the superconducting films.By developing new quantum sensors this project is well aligned with the third mission of Canada's Quantum National Strategy which aims to establish Canada as a world leader in developing and using quantum sensors. It will also provide important service to our Canadian partner, Ambature, which has already demonstrated the will and capacity to translate the research results on high temperature superconductors into marketable applications. Finally, this project will allow us to train students who will be the lifeblood of the burgeoning Canadian quantum industry. L'avènement des supraconducteurs à haute température critique a ouvert la voie à la possibilité de concevoir des dispositifs électroniques opérant sans perte d'énergie à la température de l'azote liquide. Toutefois, la plupart de ces dispositifs nécessitent un grand contrôle de la croissance de films minces, et les méthodes pour obtenir des films de haute qualité sont inadaptées à la production industrielle. La société Ambature, notre partenaire dans ce projet, a réussi à synthétiser de tels films où deux couches de YBa2Cu3O7 (YBCO), supraconducteur à une température de 93K, sont séparées d'une couche isolante, PrBa2Cu3O7 (PBCO), le tout en conservant d'excellentes propriétés cristallographiques, rendant ainsi possible la fabrication de jonctions Josephson, élément de base de l'électronique supraconductrice. Pour l'instant, ceci a seulement été fait sur de petits substrats.Le but du présent projet est d'étendre la méthode de fabrication développée par Ambature à des substrats utilisés dans l'industrie de la microélectronique et de développer, à l'aide de ces couches, de nouveaux détecteurs ultra-sensibles . En particulier, nous allons développer des sondes de résonance magnétique nucléaire et des sondes d'effet Hall à haute fréquence sans contact pour les matériaux bidimensionnels, et des détecteurs de photons. Ces dispositifs tireront partie de la haute température critique et du haut champ magnétique critique des films minces développés.En développant de nouveaux capteurs quantiques, ce projet s'inscrit parfaitement dans la troisième mission de la Stratégie nationale quantique du Canada, qui vise à faire du Canada un leader mondial dans le développement et l'utilisation de capteurs quantiques. Il fournira également un service important à notre partenaire, Ambature, qui a déjà démontré sa capacité à convertir les résultats de la recherche sur les supraconducteurs en applications commercialisables. Enfin, ce projet nous permettra de former des étudiants qui seront les piliers de l'industrie quantique canadienne.
Program
Alliance Grants
Recipient
Location
Quebec, Canada
Recipient Type
Academia
Type
Grant
Source
NSERC's Awards Data
As published
Application id
588305-2023
Name nom
Fournier, Patrick P
Department département
Physique
Organization id
68
Institution établissement
Université de Sherbrooke
Province en
Québec
Province fr
Québec
Country en
CANADA
Country fr
CANADA
Fiscal year exercice financier
2023
Competition year année de concours
2023
Award amount
282609
Program id
ALLRP
Program name en
Alliance Grants
Program name fr
Subventions Alliance
Group en
RESEARCH PARTNERSHIPS
Group fr
PARTENARIATS DE RECHERCHE
Committee code
96
Committee name en
RPP Internal Decision Cttee
Committee name fr
Cté de décision interne - PPR
Area of application code
1208
Area of application group en
Advancement of knowledge
Area of application group fr
Avancement des connaissances
Area of application en
Materials sciences
Area of application fr
Sciences des matériaux
Research subject code
3301
Research subject group en
Condensed matterphysics
Research subject group fr
Superconductivity
Research subject en
Physique de la matière condensée
Research subject fr
Supraconductivité
Application title
Quantum devices based on high temperature superconductors for innovative sensing applications
Keyword
2D-NMR; Conductivity; Heterostructures; Josephson junctions; Quantum Materials; Single photon detectors; SQUID; Superconductivity; Thin films; Topological materials
Application summary
The discovery of superconductors with high critical temperature has opened the possibility to design electronic devices working without energy losses at liquid nitrogen temperature. However, most of these devices rely on an extreme control of the growth of high-quality thin films, and the usual methods for their production is not suited for industrial processes. The company Ambature, our industrial partner in this project, has recently been able to fabricate such films where two layers of YBa2Cu3O7 (YBCO), superconducting below a temperature of 93K, are separated by a thin insulating layer made of PrBa2Cu3O7 (PBCO) while maintaining high crystallographic quality, thus enabling the possibility to make devices such as Josephson junctions, a key component for superconducting electronics. For the moment, this has only been done on small substrates.The goal of our project is to extend the fabrication procedure invented by Ambature to substrate compatibles with industrial processes, and to develop, thanks to these films or similar ones, novel types of ultra-sensitive detectors . In particular, we will develop probes for nuclear magnetic resonance and for high frequency, contactless Hall effect in bidimensional materials, and photon counters. These devices will take advantage of the high critical temperature and high critical magnetic field of the superconducting films.By developing new quantum sensors this project is well aligned with the third mission of Canada's Quantum National Strategy which aims to establish Canada as a world leader in developing and using quantum sensors. It will also provide important service to our Canadian partner, Ambature, which has already demonstrated the will and capacity to translate the research results on high temperature superconductors into marketable applications. Finally, this project will allow us to train students who will be the lifeblood of the burgeoning Canadian quantum industry. L'avènement des supraconducteurs à haute température critique a ouvert la voie à la possibilité de concevoir des dispositifs électroniques opérant sans perte d'énergie à la température de l'azote liquide. Toutefois, la plupart de ces dispositifs nécessitent un grand contrôle de la croissance de films minces, et les méthodes pour obtenir des films de haute qualité sont inadaptées à la production industrielle. La société Ambature, notre partenaire dans ce projet, a réussi à synthétiser de tels films où deux couches de YBa2Cu3O7 (YBCO), supraconducteur à une température de 93K, sont séparées d'une couche isolante, PrBa2Cu3O7 (PBCO), le tout en conservant d'excellentes propriétés cristallographiques, rendant ainsi possible la fabrication de jonctions Josephson, élément de base de l'électronique supraconductrice. Pour l'instant, ceci a seulement été fait sur de petits substrats.Le but du présent projet est d'étendre la méthode de fabrication développée par Ambature à des substrats utilisés dans l'industrie de la microélectronique et de développer, à l'aide de ces couches, de nouveaux détecteurs ultra-sensibles . En particulier, nous allons développer des sondes de résonance magnétique nucléaire et des sondes d'effet Hall à haute fréquence sans contact pour les matériaux bidimensionnels, et des détecteurs de photons. Ces dispositifs tireront partie de la haute température critique et du haut champ magnétique critique des films minces développés.En développant de nouveaux capteurs quantiques, ce projet s'inscrit parfaitement dans la troisième mission de la Stratégie nationale quantique du Canada, qui vise à faire du Canada un leader mondial dans le développement et l'utilisation de capteurs quantiques. Il fournira également un service important à notre partenaire, Ambature, qui a déjà démontré sa capacité à convertir les résultats de la recherche sur les supraconducteurs en applications commercialisables. Enfin, ce projet nous permettra de former des étudiants qui seront les piliers de l'industrie quantique canadienne.