前瞻量子材料與元件

「前瞻量子材料與元件」團隊成員(14人)

姓名 職稱 單位
張文豪 教授/小組主持人 電子物理系
朱英豪 教授 清華大學材料科學工程學系
羅志偉 教授 電子物理系
曾院介 教授 材料科學與工程學系
許鈺敏 副教授 電子物理系
吳建德 副教授 電子物理系
羅舜聰 助理教授 電子物理系
葉勝玄 助理教授 國際半導體產業學院
鍾介文 助理教授 電子物理系
林俊良 助理教授 電子物理系
郭昌洋 助理教授 電子物理系
黃彥霖 助理教授 材料科學與工程學系
楊朝堯 助理教授 材料科學與工程學系
林御專 助理教授 材料科學與工程學系

「前瞻量子材料與元件」總目標及短中長程目標

總目標:本計畫擬定以量子材料為基礎,以開發極低耗能元件以及量子電腦/量子通訊應用之關鍵元件技術為目標,藉此延續我國半導體產業的領先優勢,並為後矽基半導體世代產業之元件技術尋找新契機,厚植我國量子科技高階人才,奠定未來量子科技產業的基礎。國科會刻正積極推動目標導向型之量子科技專案研究計畫,以實現可運作之量子電腦與量子通訊系統為主要目標,因此排除了短期無法積體化、晶片化與擴充化的探索型研究。團隊的總目標與國家推動方向一致,而短中長期目標則與國科會量子科技專案計畫呈現互補性,藉由量子材料的探索與元件技術開發,替未來的量子技術尋找新的方向。為達成上述終極目標,本計畫擬定短中長期目標如下:

前瞻量子材料與元件短中長程目標

短期目標(2023-2024)(1)強化量子材料合成優勢技術,涵蓋超導體、半導體、多鐵及拓樸物質之三維與二維材料,開發不同維度材料之異質整合技術。(2)整合量子材料物性分析平台,結合核心成員之極端條件物性分析技術(極低溫、高壓、高磁場、飛秒超快、原子解析以及同步輻射高解析能譜),藉此探索量子材料之基礎物性。(3)建立量子元件製程整合技術,包含超高真空薄膜沉積及低溫氧化層等製程,開發量子元件關鍵製程技術。

中期目標(2024-2025)(1)探索各量子材料系統的新穎物性/功能性,如非典型超導特性、多鐵氧化物之電荷-軌道-自旋-晶格間之交互關聯效應、自旋量子態於鐵磁共振下之行為、反鐵磁拓樸絕緣體光誘發超快反應、二維近藤拓樸絕緣性、二維異質莫列超晶格、二維半導體元件低頻噪音研究。(2)開發量子材料之操控技術,包括電子自旋與相位操控、飛秒光讀寫操控技術、拓樸絕緣體之同調操控、電荷-自旋轉換操控以及拓樸軟物質之光子角動量操控等。(3)設計並優化量子元件架構,包含磁電自旋-軌道(MESO)元件,量子自旋電子元件、高速光控開關與磁記憶體讀寫、矽化物拓樸超導量子位元、量子光源、單光子偵測器等元件。

長期目標(2026-2027年):(1)開發可與矽基半導體整合的低耗能元件,包含磁電自旋軌道元件,量子自旋電子元件、高密度/高速讀寫記憶體元件以及二維半導體元件。(2)開發與超導量子位元/自旋量子位元相容的新形態量子位元之元件架構,包含矽化物(CoSi2)及氮化物(NbN/TiN)超導體、拓樸絕緣體與二維材料之量子位元。(3)開發可應用於量子通訊技術之光電元件,包含高效率單光子/糾纏光子源、單光子偵測器、可重置之光量子態控制元件(拓樸軟物質)。