Projekti / Programi
Teorija trdnih snovi in statistična fizika
01. januar 2015
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| 1.07.00 |
Naravoslovje |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P002 |
Naravoslovno-matematične vede |
Fizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
Sistemi koreliranih elektronov, superprevodnost, neravnovesna dinamika, točne rešitve, integrabilnost, transport, težki fermioni, približek dinamičnega povprečnega polja, fizika nečistoč, nanofizika, kvantni biti, samo-urejena nanoomrežja, difuzija informacij, kvantni slučajni sprehodi na omrežjih.
Raziskovalci (54)
Organizacije (2)
Povzetek
Raziskovali bomo ravnovesne lastnosti ter neravnovesno dinamiko večdelčnih kvantnih sistemov. Pomembna skupina takšnih sistemov so spojine močno koreliranih elektronov, ki pri nizkih temperaturah preidejo v zelo različna urejena stanja. V okviru mikroskopskih modelov koreliranih elektronov bomo obravnavali njihove ravnovesne in neravnovesne lastnosti. V ravnovesju bomo proučevali vpliv interakcije na transportne lastnosti, na prehode med različnimi urejenimi stanji ter njihove termodinamske lastnosti. Izven ravnovesja bomo raziskovali odziv sistemov na kratko-časovne zunanje motnje. Razširili bomo teorijo linearnega odziva na študij optične prevodnosti ter spektralnih funkcij na sisteme daleč izven ravnovesja ter raziskovali mehanizem termalizacije v zaprtih kvantnih sistemih.
Študirali bomo tudi fluktuacijske lastnosti večdelčnih kvantnih sistemov izven ravnovesja. Za enostavne modele bomo poskusili najti eksaktne rešitve -- nekaj uspešnih metod v ta namen smo že razvili v preteklosti. Poudarek bo tudi na iskanju novih (lokalnih in psevdolokalnih) konstant gibanja, ki lahko služijo pri analizi transportnih lastnosti. Sistematično bomo študirali tudi robustnost konstant gibanja na glavne splošne tipe motenj, ki zlomijo integrabilnost. Spoznanja pridobljena iz študij modelskih sistemov bomo poskusili izkoristiti oz. uporabiti pri zasnovi sistemov z dobrimi križnimi transportnimi koeficienti (npr. termoelektričnost).
Proučevali bomo snovi s težkimi fermioni. To so spojine z delno zapolnjenimi podlupinami d in f, ki imajo zelo kompleksne fazne diagrame z različnimi magnetnimi, nabojsko oz. orbitalno urejenimi in superprevodnimi fazami, ki so posledica močnih interakcij. Naš cilj je dokončno določiti fazni diagram modela Kondove rešetke v okviru teorije dinamičnega povprečnega polja in njenih nelokalnih razširitev. Proučevali bomo topološke izolatorje in superprevodnike s poudarkom na njihovih robnih stanjih (to so kiralni in helični elektroni ter Majoranovi fermioni).
Na področju nanofizike bomo nadaljevali z raziskavami problematike kvantnega procesiranja informacij in manipulacije kvantnih bitov (kubitov). Oboje je relevantno za tehnologije povezane z razvojem novih generacij hitrih računalnikov. Predvsem nas bo zanimal vpliv okolja npr. fluktuacije lokalnega električnega polja, ki vpliva na dekoherenco in/ali razpad (relaksacijo) kubita.
Nadaljevali bomo raziskave statistične fizike kompleksnih sistemov in omrežij z uporabo teorije grafov in naprednih numeričnih metod. V okviru koncepta nanoomrežij, bomo študirali strukturne in dinamične lastnosti samourejenih nanomaterialov in molekularne interakcije na ravni posameznih molekul. Nadaljevali bomo raziskave kolektivnega vedenja in agentnega modeliranja socialnih interakcij, ki smo jih pred kratkim začeli v okviru FP7 projekta.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagani program vsebuje več tesno povezanih sklopov raziskav, ki pokrivajo zelo aktualna področja temeljnih raziskav z veliko potencialno uporabnostjo za razvoj novih tehnologij. Zastavljeni cilji tako temeljijo na raziskovalnih dosežkih skupine v preteklosti, za katere lahko trdimo, da sodijo v sam svetovni vrh, saj smo v minulem programskem obdobju objavili preko 190 znanstvenih člankov od teh 30 v elitni reviji Physical Review Letters, večina vseh del, 156, pa sodi v najvišjo kategorijo A1. Člani programske skupine so bili tudi prejemniki nekaterih najvišjih (nacionalnih) priznanj s področja naravoslovja. J. Bonča je leta 2012 prejel Zoisovo nagrado za vrhunske znanstvene dosežke, T. Prosen je v letu 2009 prejel mednarodno raziskovalno nagrado Friedricha Wilhelma Bessela, ki jo podeljuje nemška Humboldtova fundacija. J. Mravlje ter L. Vidmar, ki sta doktorirala v programski skupini pa sta prejela nagrado Zlati znak Jožefa Stefana. Na tem mestu lahko le na kratko povzamemo oz. poudarimo pomen predlaganih sklopov za razvoj znanosti.
Predlagane raziskave s področja teorije močno koreliranih elektronov predstavljajo predvsem modeliranje modelov za opis visokotemperaturnih kupratov in frustriranih spinskih sistemov ter njihovih anomalnih termodinamskih in transportnih lastnosti. Nabor teh snovi je zelo širok, njihov potencialni tehnološki pomen pa izredno velik (visoka temperatura v superprevodno stanje, velika toplotna prevodnost nekaterih električnih izolatorjev). Raziskave iz sklopa teorije nanosistemov so izrednega pomena za razvoj novih nano-naprav, za katere pričakujemo, da bodo imele v tem trenutku nepredvidljive in zagotovo daljnosežne učinke v družbeni sferi (medicina, uprava, promet, gospodinjstva itd.). Enako pomemben in perspektiven je tudi tretji sklop raziskav, ki obsega kvantno računalništvo in informatiko, kjer je razumevanje pojava dekoherence ključnega pomena za učinkovito implementacijo kvantnega računalništva in komunikacijskih protokolov. Izjemno pomembna uporaba odkritij s tega področja se obeta v kriptografiji. Četrti sklop, pomemben tako za tehnološke aplikacije kot za družbeno infrastrukturo je statistična fizika s tematiko dinamika kompleksnih omrežij. Razumevanje dinamičnih lastnosti omrežij in razširjanja informacij po mreži ali skupku mrež je izredno pomembno v čedalje bolj informatizirani družbi. Zadnji, a zagotovo nič manj pomemben, sklop predstavlja razvoj in uporabo novih numeričnih metod za kvantne sisteme ter s tem povezano ohranjanje ter dopolnjevanje visoke stopnje računalniških zmogljivosti. Načrtovanje in razvoj novih metod sta ključnega pomena za prenekatero področje raziskav. Na tem področju smo v preteklem obdobju že predlagali povsem novo metodo za študij sistemov pri končni temperaturi, ter metodo za računanje fizikalnih lastnosti dopiranega nosilca naboja v spinskem ozadju. Razvili smo tudi učinkovito metodo numerične renormalizacijske grupe, ki je prosto dostopna na spletu in jo uporabljajo mnogi raziskovalci širom sveta.
Pomen za razvoj Slovenije
Ocenjujemo, da je naša dejavnost pomembna za družbeno-ekonomski ter kulturni razvoj Slovenije z več vidikov. Uspešno vključevanje v probleme na fronti raziskav s področja fizike trdne snovi in statistične fizike zagotavlja učinkovit stik z drugimi raziskovalnimi skupinami doma in po svetu, s čimer se neposredno povečuje tudi domača zakladnica znanja, bogati jezik z vpeljavo novih terminov v slovenski jezik (diplome in doktorati, poljudnoznanstveni članki) in posredno omogoča prenos novih tehnologij v domače okolje. V preteklem programskem obdobju smo organizirali 5 konferenc z mednarodno udeležbo (dve na Yalti, ter ostale v Sloveniji), naši sodelavci so predstavili svoje delo na preko 100 vabljenih predavanjih na mednarodnih konferencah. Organizacija mednarodnih konferenc, sodelovanje na uglednih mednarodnih konferencah v obliki plenarnih vabljenih predvanj in obiski na povabilo na tujih ustanovah, objava v uglednih in prestižnih znanstvenih revijah, citiranost v preglednih člankih in monografijah, sodelovanje v mednarodnih evalvacijskih komisijah–vse to prispeva k razpoznavnosti Slovenije kot moderne evropske države z razvito znanstveno-tehnološko bazo. S tem bistveno prispevamo k utrjevanju nacionalne identitete. Za konec želimo poudariti še dva pomembna “spin-off” segmenta naše dejavnost: izobraževanje skozi aktivno udeležbo v pedagoških procesih na Univerzi v Ljubljani ter na Podiplomski šoli instituta Jožef Stefan, vzgojo mladih raziskovalcev, ter vzdrževanje kvalitetne raziskovalne baze, ki je predpogoj za doseganje visoke dodane vrednosti vseh domačih raziskovalno-razvojnih dosežkov in produktov v globalizirani svetovni ekonomiji. Naši mladi raziskovalci dosegajo že za časa dela na doktorskem študiju objave v prestižnih mednarodnih revijah kot je Physical Review Letters pri čemer je število avtorjev na takšnih delih majhno, v razponu od 2 do 4. L. Vidmar je na primer v času dela na doktorskem študiju objavil 6 del v omenjeni reviji in za svoje doktorsko delo prejel Zlati znak Jožefa Stefana.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
