La Fundació Gordon i Betty Moore finança la recerca de frontera de l'ICFO sobre els estats híbrids de la matèria

Gordon Moore, cofundador del Corporació Intel a la dècada de 1960, va intentar anar més enllà dels límits de la ciència per aconseguir l'inabastable. La llei de Moore, que va predir la miniaturització exponencial de la mida dels transistors, va col·locar-lo en lloc destacat com a una figura inspiradora en la història dels semiconductors i en la revolució digital recent.

En la seva recerca constant d'idees pioneres, Gordon i Betty Moore van constituir  una fundació amb un programa científic que busca fer avançar la ciència bàsica finançant investigacions en camps emergents i d'alt risc per desenvolupar noves tecnologies disruptives i imaginatives, donant suport a científics  amb una visió fora del comú tot ajudant a crear noves col·laboracions i sinergies per tal d’anar més enllà de les fronteres de les disciplines científiques tradicionals. Amb aquest principi com a base, la Fundació Gordon i Betty Moore ofereix als investigadors una llibertat molt apreciada per explorar i promoure nous conceptes .

Frank Koppens, professor ICREA a l'ICFO, ha rebut una beca d'1,4 milions de dòlars per ampliar la seva recerca en el confinament de la llum en nanocavitats i el seu ús per manipular els materials amb llum. Aquesta beca permetrà a l'equip de Koppens explorar nous estats híbrids de llum i de la matèria encara inexplorats. Aquests estats exòtics poden facilitar l'enginyeria i la manipulació de propietats dels materials completament noves. Si bé se sap molt sobre els estats tradicionals de la matèria, com les fases líquida i sòlida, hi ha variacions més exòtiques en les quals la llum i la matèria interactuen tan intensament que es fusionen per formar un nou estat híbrid. Hi ha un optimisme creixent en aquest camp de la recerca, ja que la comprensió d’aquests estats híbrids podria menar a descobriments innovadors  amb un impacte profund en una àmplia gamma de tecnologies, incloent-hi els sensors quàntics, els circuits fotònics integrats de baixa potència i els dispositius per fer avançar els sistemes d'intel·ligència artificial. A més, podrien aplanar el camí a les tecnologies desenvolupades en el camp de les comunicacions quàntiques, de les memòries quàntiques, de les simulacions quàntiques i de la computació quàntica.

El Prof. Koppens es un investigador internacionalment reconegut al seu camp. Des de la seva arribada a l'ICFO procedent de la Universitat de Harvard, ha obtingut una beca Starting de l’ERC (2012), una beca Consolidator de l'ERC (2017), sis beques de prova de concepte (PoC) de l'ERC i ha tingut un paper clau en la iniciativa Europea del Graphene Flagship, de la qual és vicepresident de diferents juntes executives i dirigeix les activitats optoelectròniques d’aquesta iniciativa europea. Ha aconseguit resultats d'alt impacte i publica a les principals revistes del seu camp, com ara Nature, Science, Nature Physics i Nature Materials, cosa que li ha permès figurar en la llista de científics molt citats de Clarivate. El 2015, Koppens va rebre el Premi Nacional de Recerca de Catalunya pels avenços aconseguits  en l'àrea de l'optoelectrònica amb materials basats en grafè. En tots aquests projectes i èxits ha estat decisiu el suport de les Fundacions Cellex i Mir-Puig.

En l’actualitat, Koppens coordina  des de l’ICFO el nou programa de recerca QTwist, , en estreta col·laboració amb el Massachusetts Institute of Technology (EUA) i el Max Planck Society (Alemanya),  per descobrir les propietats fonamentals dels materials sintètics emergents, incloent-hi una àmplia gamma de materials bidimensionals i les aplicacions futures en nano-optoelectrònica quàntica.

El nou projecte finançat per la Fundació Gordon i Betty Moore serà un actor important juntament amb el programa QTwist i ajudarà a fer descobriments innovadors en aquest camp.

"Ja estem immersos la segona revolució quàntica, però calen nous estats híbrids de la llum i la matèria per impulsar-ne el progrés", comenta el professor Koppens. “Aquest tipus d’ajudes que financen projectes atrevits d'investigació fonamental i impulsats per la curiositat ens permeten explorar qüestions que fins ara només s'exploraven des de l’àmbit teòric. En dur a terme les nostres idees al laboratori, esperem descobrir noves propietats dels materials o, potencialment, fins i tot noves classes de materials que puguin conduir a tecnologies quàntiques rellevants per a una àmplia gamma d'aplicacions, com ara nous esquemes informàtics, intel·ligència artificial de baix consum de energia, computació òptica, i sensors”.

¿Què són els estats híbrids de llum-matèria?

Les interaccions llum-matèria es refereixen a com les ones electromagnètiques (com la llum) influeixen i són influenciades per partícules amb càrrega, generalment electrons en àtoms o molècules. Quan aquesta interacció és "forta", el sistema no es pot descriure només com una mera suma dels seus components de llum i matèria. En canvi, la llum i la matèria es correlacionen intricadament donant lloc a nous estats híbrids de llum i matèria. Aquests estats poden estar dominats per efectes quàntics que alhora dicten el comportament dels materials. A través d'aquest nou projecte, Koppens pretén manipular els materials d'una manera completament diferent, fent-los interactuar amb la llum a escala nanomètrica, confinant-los  dins de nanocavitats òptiques. El seu objectiu és miniaturitzar la mida d’aquestes cavitats , utilitzant-les per primera vegada per alterar les propietats d’aquests materials híbrids.

Els programes de finançament de la Fundació Moore

La Fundació Moore ha atorgat moltes beques d'investigació al llarg de la seva història per tal de fomentar el descobriment científic, la conservació del medi ambient, les millores en l'atenció al pacient i la preservació de la zona de la Badia de San Francisco (EUA). La majoria d'aquestes ajudes han estat atorgades a institucions amb seu als EUA i inclouen una gran inversió per a Caltech, “l'alma mater” de Gordon Moore, per a donar suport a la investigació bàsica i a nous descobriments en ciències humanes i físiques. La missió de la fundació de "fomentar descobriments científics innovadors" s'estén més enllà de les fronteres dels EUA i fomenta la col·laboració internacional que porti cap a avenços importants. A més, és un tipus de finançament altament flexible que es pot complementar amb qualsevol altre finançament nacional o internacional que el científic pugui rebre. El professor ICREA de l’ICFO Hugues de Riedmatten va ser el primer ICFOnian rebre aquest finançament l’any 2019 per impulsar la recerca en l’enllaç de nodes quàntics per a al futur Internet quàntic.

El director del ICFO, Lluís Torner, va remarcar: "El director de l'ICFO, Lluís Torner, va remarcar: "Estem molt orgullosos de rebre aquesta beca de la Fundació Gordon i Betty Moore per avançar en el camp dels estats híbrids llum-matèria que són de summa importància en tot el món a causa del seu potencial per a descobriments científics fonamentals i avenços tecnològics."

El Dr. Dusan Pejakovic, director del Programa de Ciències de la Fundació Moore, va indicar que “L’ICFO és un líder mundialment la investigació sobre les interaccions de la llum amb la matèria. Com a tal, és un lloc perfecte per a llançar aquest nou projecte que explora conceptes nous dels híbrids sòlid-llum. Tenint en compte l'historial del professor Koppens en la realització d'investigacions innovadores, espero uns resultats interessants d'aquesta beca.”