Grant: Collaborative Science, Technology and Innovation Program - Collaborative R&D Initiatives

The Project will support the development of polarisation resolved single photon sensors over a broad range of photon energies (THz - telecom - visible) using photoexcitation of trions in gate defined quantum circuits in two-dimensional (2D) quantum materials. Unique advantages of 2D quantum materials include bandgap tunability, photon polarisation locked with valley optical transitions, high quantum coherence and trion binding energy exceeding room temperature. The Project will support the development of quantum sensors in that quantum transport of a single electron from source to drain through a quantum dot (QD) proceeds at a specific value of back-gate voltage. When a single photon is absorbed in a QD, an exciton is created. An electron coherently interacts with the exciton forming a trion, changing the required back-gate voltage and quenching transport. Hence, the presence of a single exciton absorbed by a single photon can be electrically detected at a single electron level. The team will also explore methods to enhance the photon-electron interaction such as coupling to an optical cavity. This Project will advance the state-of-the art technologies for single photon sensing by the development of 2D materials-based quantum sensors.

Le projet vise à développer des capteurs à photon unique dotés d’une résolution de polarisation couvrant une large gamme d’énergies photoniques (du térahertz aux télécommunications jusqu’au visible), en s’appuyant sur la photo-excitation de trions dans des circuits quantiques définis par des grilles au sein de matériaux quantiques bidimensionnels (2D). Les matériaux 2D offrent plusieurs avantages déterminants : modulation de la bande interdite, polarisation des photons verrouillée aux transitions optiques de vallée, cohérence quantique élevée, ainsi qu’une énergie de liaison des trions suffisamment élevée pour être stable à température ambiante. Ces propriétés en font une plateforme idéale pour la détection quantique avancée. Le projet soutiendra la mise au point de capteurs quantiques dans lesquels le transport d’un électron unique de la source vers le drain à travers un point quantique (QD) ne se produit qu’à une valeur précise de tension de grille arrière. Lorsqu’un photon unique est absorbé dans le point quantique, il génère un exciton. L’interaction cohérente entre un électron et cet exciton forme un trion, ce qui modifie la tension de grille arrière requise et interrompt le transport électronique. Ainsi, l’absorption d’un seul photon — par la création d’un exciton — peut être détectée électriquement au niveau d’un seul électron. L’équipe explorera également des stratégies visant à renforcer l’interaction photon‑électron, notamment par le couplage à une cavité optique, afin d’améliorer la sensibilité et l’efficacité du dispositif.

In the short term, anticipated outcomes will be strengthened collaborations across industry, academia, and government to support research excellence. In the medium term, anticipated outcomes will be the development of new and potentially disruptive technologies with collaborators. In the long term, find collaborative solutions to public policy challenges and create stronger innovation systems.

À court terme, les résultats prévus seront des collaborations renforcées entre l'industrie, le milieu universitaire et le gouvernement pour soutenir l'excellence en recherche. À moyen terme, les résultats attendus seront le développement de nouvelles technologies potentiellement perturbatrices avec des collaborateurs. À long terme, trouver des solutions collaboratives aux défis des politiques publiques et créer des systèmes d'innovation plus solides.

Collaborate on multiparty research and development programs to catalyze transformative, high-risk, high-reward research with the potential for game-changing scientific discoveries and technological breakthroughs in priority areas.

Collaborer à des programmes multipartites de recherche-développement dans le but de profiter de la synergie entre la recherche transformatrice à haut risque et à haut rendement et le potentiel de découvertes scientifiques et de percées technologiques révolutionnaires dans des secteurs d’intervention prioritaires.