Projekti / Programi
Kozmologija v laboratoriju - femtosecondno kontroliranje faznih prehodov v realnem času
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.01 |
Naravoslovje |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije, Kozmologija v laboratoriju, kompleksni sistemi, Femtosekundna spektroskopija
Raziskovalci (10)
Organizacije (2)
Povzetek
Predlagamo raziskave koherentne časovne dinamike večdelčnih sistemov, ki gredo skozi prehode z zlomom simetrije (SBT) pod močno neravnovesnimi neergodičnimi pogoji. Projekt temelji na originalni novi 3-sunkovni optični femtosekundni spektroskopski tehniki, ki omogoča sledenje kritične dinamike in trajektorije parametra reda skozi prehod z zlomom simetrije po »kaljenju« z laserskim sunkom. Tehnika, ki smo jo pred kratkim izumili v naši skupini omogoča neposredno opazovanje nastanka enodelčnih fermionskih in kolektivnih bozonskih pri zlomu simetrije, ki odražajo trajektorijo parametra reda. Z njeno uporabo bomo načeli temeljna vprašanja o vplivu lastnosti osnovnih mikroskopskih »vakuumov«, kot so simetrija in osnovne interakcije, na globalno obnašanje opisno s teorijo polja.
Sistemi vključeni v našo študijo spadajo v različne razrede univerzalnosti in kažejo strukturne in spinske prehode, prehode z urejanjem naboja, superprevodni prehod ali prehode s tekmovanjem ureditev (multiferoiki). Posebno pozornost bomo posvetili sistemom v katerih in parameter reda eksperimentalno kot teoretično univerzalno pomembnost. Preučevali bomo topološke napake, ki nastanejo po prehodu z zlomom simetrije, po Kibble-Zurekovem mehanizmu, ter nastanek in možno manipulacijo/kontrolo oscilacij kolektivnega polja (Higgsovih valov). Detajlno bomo raziskovali tudi trajektorije prehoda v nova stanja snovi v neravnovesni energijski pokrajini. Poleg tega bomo študirali temeljne in praktične posledice manipulacije koherentne trajektorije v okolici bifurkacijskih točk (učinek metulja) in pri tem obravnavali teoretična vprašanja dinamike in kinetike. V splošnem okviru redukcionizma pričakujemo da bodo imele naše ugotovitve pomemben vpliv na razumevanje prehodov z zlomom simetrije, in da bodo razkrile značilne znake kritičnih dogodkov na področjih izven fizike kondenzirane materije, kot so Higgsov mehanizem, zgodnji razvoj vesolja in finančni sistemi.
Projekt predstavlja svetovno novost tako v eksperimentu, kot v teoriji in ima pomembne implikacije za kontrolo in manipulacijo večdelčnih sistemov za konceptualno novo obdelavo in shranjevanje informacije na ultrahitri časovni skali.
Pomen za razvoj znanosti
Eden temeljnih principov fizike je, da poenoten sistem fizikalnih zakonov ureja tako razmerja med subatomskimi delci kot ureditev vesolja. Domneva se, da je vesolje od začetnega Velikega poka prešlo skozi niz faznih prehodov z zlomom simetrije, ki so povzročili opazne pomembne posledice, kot denimo nastanek topoloških defektov. Neposrednih poskusov teh predvidevanj ni mogoče izvesti, vendar prihaja do prehodov, opisanih s podobnimi enačbami, tudi v eksperimentalno dostopnih sistemih trdne snovi pri nizkih temperaturah. Namen eksperimentalnih raziskav v realnem času, ki jih tu predlagamo, je, da uporabimo to analogijo pri raziskavah vzorčnih faznih prehodov v fiziki trdne snovi, da bi dokazali veljavnost analogije in raziskali raznoliko obnašanje elementarnih fermionskih in bozonskih vzbuditev pri prehodu. Naša opažanja bodo imela pomemben vpliv na razumevanje različnih sistemov – od razpada vroče plazme in tvorjenja Higgsovih bozonov pri visokoenergetskih trkih osnovnih delcev do nihajnega obnašanja, ki so povezana s katastrofičnimi dogodki v nelinearnih socialnih, ekonomskih in bioloških sistemih. Naša nova eksperimentalna metoda, opisana v reviji Nature Physics, se je pokazala kot močna in pomembna v globalnem smislu. Široka aplikativnost te metode in uporabnost v številnih sistemih, kot jih predlagamo tu, je za nas bistvenega pomena pri zagovarjanju našega primata na tem področju in utrjevanju preboja na svetovni oder. Pri uporabi spominskih elementov z beleženjem ultrahitrih faznih sprememb na podlagi laserskih sunkovnih sekvenc je treba upoštevati še naslednji dodatni vidik. Spomini s fazno spremembo sedaj izkoriščajo prehod kristal-steklo, so počasni in za preklop potrebujejo zelo visoke temperature. Prehod na druge prehode urejanja in preklop z ultrahitrimi laserskimi sunki, ki jih nameravamo raziskati tu, obetata razvoj povsem novih spominskih elementov na fazno spremembo, kot tudi obdelavo podatkov pri povsem drugačnih hitrostih. To področje je še povsem neraziskano in bo pojasnjeno med samim potekom predlaganega projekta.
Pomen za razvoj Slovenije
Napredek pri temeljnem raziskovanju je velikega pomena tako za pridobivanje novega znanja kot za razvoj novih tehnologij. Naša skupina je to v zadnjih desetih letih že večkrat pokazala. Odkritje novih MoSIx molekularnih žic je denimo vodilo v ustanovitev spin-off podjetja Mo6, ki ima osrednjo vlogo v projektu Evropske unije DESYGN it in zdaj široki akciji COST. Drug primer je denimo razvoj laserskega strukturiranja superprevodnikov v devetdesetih letih, ki je vodilo v razvoj »laser tweezer apparatus« še enega povezanega podjetja, podjetja ARESIS, in nadalje v izdelavo nove laserske nanolitografske naprave, katere prototip je podjetje LPKF nedavno predstavilo na sejmu elektronske industrije v Frankfurtu. Vsi ti primeri izkazujejo, da je interdisciplinarni pristop, za katerega se zavzemamo, ključnega pomena za unovčenje novih znanstvenih odkritij. Pod pritiskom prijav iz povezanih podjetij se dosledno sledi vsaki smeri raziskovanja, ki je potencialno obetavna. Težava slovenske industrije je relativno nizka dodatna vrednost izdelkov, kar vodi v nizke plače in socialno nezadovoljstvo. Dvig tehnološke ravni slovenske industrije pa je mogoče doseči le z vključevanjem novih znanj v izdelke, kar pa je mogoče le z vključevanjem visoko kvalificiranega in visoko usposobljenega kadra ter preko drugih oblik prenosov znanja. Raziskovalni program s ciljnim osnovnim raziskovanjem novih materialov omogoča usposabljanje kadra na tehnološko in industrijsko relevantnih področjih elektronike, laserske kontrole in vzorčenja snovi ter vede o snoveh. Neposredni upravičenec bo v tem primeru podjetje LPKF d.o.o. (podjetje za lasersko strukturiranje). Znanje, pridobljeno pri tem projektu, bo ogromno prispevalo k ustvarjanju okolja za uvajanje inovativnih tehnologij, kar je ključnega pomena za to, da Slovenija v krogu krogu tehnološko in socialno-ekonomsko razvitih držav napreduje. Raziskovanje v okviru tega projekta bo pomembno prispevalo k znanstvenemu in tehnološkemu razvoju Slovenije in bo utrdilo njen konkurenčni položaj v svetu. Projekt ponuja priložnost za to, da se s pomočjo obstoječe opreme razvija nova področja. Projekt pomeni veliko promocijo za Slovenijo in predstavlja odlično podlago za nadaljnje sodelovanje z vodilnimi raziskovalci iz vsega sveta, predvsem pa iz Evropske unije, Japonske, Kitajske in Združenih držav Amerike.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
