Projekti / Programi
Teorija trdnih snovi in statistična fizika
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P190 |
Naravoslovno-matematične vede |
Matematična in splošna teoretična fizika, klasična mehanika, kvantna mehanika, relativnost, gravitacija, statistična fizika, termodinamika |
| P250 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: struktura, termične in mehanske lastnosti, kristalografija, fazno ravnovesje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
Dipolarna stekla, relaksorski feroelektriki, granularni meteriali, samoorganizirana kritičnost, stabilnost in rekonstrukcija površin, močno korelirani elektroni, visokotemperaturni superprevodniki, kvantne žice, težki fermioni
Raziskovalci (11)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
85.565 |
Povzetek
Razvijali bomo nove teoretične modele skupaj z ustreznimi analitičnimi in numeričnimi metodami, ki so ključnega pomena za razumevanje fizikalnih pojavov v trdnih snoveh. Pri tem se bomo osredotočili predvsem na pojave v nekaterih materialih, ki so bodisi pomembni s teoretičnega vidika bodisi pa se zanje zanimajo eksperimentalne skupine doma in v svetu, ker si od njih obetajo možnost praktične uporabe. Raziskave bodo usmerjene na sledeča ciljna področja: dipolarna stekla in relaksorski feroelektriki, samoorganizirana kritičnost v granularnih materialih, fazni prehodi na površinah in rekonstrukcija površine plemenitih kovin, močno korelirani elektronski sistemi, med katerimi so zlasti visokotemperaturni superprevodniki, težki fermioni in magnetni izolatorji ter miniaturna elektronska vezja dimenzije nekaj sto atomov. Na področju relaksorskih feroelektrikov bomo predlagali nov dinamični model slučajnih vezi in slučajnih polj, ki naj bi podobno kot že prej razviti sorodni model dipolarnih stekel pojasnil neergodično obnašanje teh snovi pri nizkih temperaturah ter primerjali njegove napovedi z eksperimentalnimi podatki. S pomočjo numeričnih simulacij in metode dinamične renormalizacijske grupe bomo raziskali pojav samoorganizirane kritičnosti v neurejnih kompleksnih sistemih. Raziskali bomo dinamične fazne prehode v granularnih materialih ter v neurejenih magnetih, vodenih z zunanjim poljem. Z modelom stohastičnih celičnih avtomatov bomo študirali univerzalne transportne lastnosti markiranih delcev, ki karakterizirajo dinamična kritična stanja. Raziskovali bomo fazne prehode na površinah plemenitih kovin ter urejene površinske strukture in analizirali njihovo stabilnost. Preučevali bomo vlogo adsorbiranih primesi pri faznem prehodu. Z upoštevanjem valov gostote naboja nameravamo razložiti stabilnost rekonstruirane površine safirja. Na področju teorije močno koreliranih elektronskih sistemov bomo raziskovali transportne lastnosti v okviru t-J modela, n.pr. Hallov odziv pri kupratnih visokotemperaturnih superprevodnikih in njegovo anomalno obnašanje v odvisnosti od dopiranja in temperature, orbitalni diamagnetizem, spektralne lastnosti ter prevodnost v smeri pravokotno na baker-kisikove ravnine. V ta namen bomo razvili izpopolnjeno metodo točne diagonalizacije majhnih sistemov s pomočjo algoritma Lanczosa ter kvantne metode Monte Carlo. Obravnavali bomo tudi spojine težkih fermionov, ki vsebujejo kot bistveni sestavni del elemente redkih zemelj in aktinide ter kažejo nenavadno fizikalno obnašanje pod določeno temperaturo. Pri nizkih temperaturah tvorijo sistemi težkih fermionov široko paleto osnovnih stanj, kot so: izolatorji v obliki spinske tekočine, antiferomagnetni izolatorji, paramagnetni prevodniki in nenavadni superprevodniki. Pri raziskavah kvantnih prevodnikov z dimenzijami na nanoskali bomo izpopolnili novejšo metodo, ki temelji na točni preslikavi večdelčnega problema, definiranega na velikem variacijskem sistemu, na efektivni enodelčni problem. S pomočjo te metode nameravamo reševati problem nelinearne elektronske prevodnosti v prisotnosti zunanjega električnega polja.
Pomen za razvoj znanosti
Dosedanji modeli, ki so jih predlagali za relaksorske feroelektrike, so bili pretežno fenomenološke narave in ne omogočajo vpogleda v fizikalne mehanizme, ki so značilni za obnešanje teh tehnološko pomembnih snovi. Model, ki ga nameravamo razviti, naj bi omogočil pojasniti to obnašanje in izračunati izmerjene lastnosti na osnovi mikroskopskih parametrov. Pojav samoorganizirane kritičnosti je predmet intenzivnih raziskav v svetu, saj so rezultati uporabni pri razumevanju in statistični obdelavi najrazličnejših naravnih socialnih in ekonomskih pojavov, n.pr.: dinamika potresov, razvejanost rečnih pritokov, karakterizacija šuma v magnetnih zlitinah, analiza pretoka prometa, rast velemest, nihanje cen na trgih idr. Raziskave površin so ključnega pomena pri razvoju substratov za mikroelektronske elemente, n.pr. safirja, ter katalizatorjev, katerih osnova so plemenite kovine. Teorija močno koreliranih elektronov predstavlja enega največjih znanstvenih izivov v moderni teoriji trdnih snovi. Tehnologija visokotemperaturnih superprevodnikov se v zadnjih letih približuje nivoju uporabnosti, zato bo razumevanje mikroskopskih mehanizmov v teh materialih nedvomno pospešilo nadaljni tehnološki razvoj na tem področju.
Pomen za razvoj Slovenije
Teoretične raziskave dipolarnih stekel in relaksorskih feroelektrikov bodo potekale v tesnem sodelovanju z eksperimentalnimi skupinami na Institutu Jožef Stefan (IJS), zlasti z laboratorijema za megnetne resonance ter za dielektrično spektroskopijo. Relaksorski feroelektriki tipa PMN ali PLZT so osnova za dielektrično keramiko, ker imajo visoko vrednost statične dielektrične konstante in jih uporabljajo v kondenzatorjih, optičnih pretvornikih in slikovnih spominskih elementih. Napovedi teorije samoorganizirane kritičnosti so pomembne za razlago pojava Barkhausenovega šuma v dielektričnih keramikah, ki ga eksperimentalno preučujejo v laboratoriju za dielektrično spektraskopijo na IJS. Trenutno že poteka mednarodno sodelovanje z raznimi ustanovami v svetu, deloma tudi v obliki bilateralnega mednarodnega projekta. Koristno bi bilo tudi vzpodbuditi uporabo te teorije pri analizi geoloških, bioloških, socialnih in ekonomskih pojavov v našem prostoru ter k sodelovanju pritegniti raziskovalne skupine z obeh univerz in drugih inštitutov. Na področju teorije faznih prehodov na površinah poteka mednarodno sodelovanje s skupino v Franciji. Fizika površin je tudi dejavnost, s katero se intenzivno ukvarjajo eksperimentalne skupine na Institutu Jožef Stefan in na Fakulteti za znanosti o okolju v Novi Gorici. Eksperimentalne raziskave visokotemperaturnih superprevodnikov tečejo v laboratoriju za optično spektroskopijo na IJS. Na področju teorije močno koreliranih elektronov je zelo intenzivno mednarodno sodelovanje z več mednarodnimi projekti in izmenjavo z ZDA, Švico, Italijo, Anglijo in Nemčijo. Pri tem razvijamo nove numerične metode, ki so uporabne na raznih področjih fizike in tehnike, skupina pa je med najitenzivnejšimi uporabniki računalniških zmogljivosti v raziskovalne namene v Sloveniji in svoje izkušnje prenaša tudi v okolico.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
