Lopende projecten

Modelleren en simuleren met toepassingen in financiën, verzekeringen en economie. 01/01/2021 - 31/12/2025

Abstract

Het wetenschappelijke doel van dit project is het ontwikkelen, analyseren en implementeren van numerieke methoden voor het omgaan met zeer geavanceerde wiskundige modellen in financiën en verzekeringen, bijvoorbeeld jump-diffusion-modellen, vrije grensproblemen, swingcontracten en hoog-dimensionale systemen. In het bijzonder zullen stochastische modellen worden geïmplementeerd om waardering aan te pakken, en zullen netwerkmodellering worden ontwikkeld om systeemrisico's te bestuderen. Dit zal ons ook in staat stellen om de opkomst van economisch gedrag en meningen in lokale bevolkingsgroepen te bestuderen door gebruik te maken van datagedreven modellen van sociale netwerken, sociale invloed en meningsdynamiek.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Veel-polaron effecten in een Bose-Einstein condensaat. 01/10/2020 - 30/09/2022

Abstract

Een Bose-Einstein-condensaat (BEC) kan worden beschouwd als een gas van atomen dat bij zeer lage temperaturen een overgang naar een specifieke fase ondergaat. In deze nieuwe fase vertoont het atoomgas verschillende eigenaardige eigenschappen, zoals superfluiditeit, gekwantiseerde wervelingen en vele andere fenomenen die bij normale gassen niet worden verwacht. Eén zo'n interessant probleem is dat van een onzuiverheid (meestal een atoom van een andere soort) die door een BEC beweegt. Deze onzuiverheid zal het gas eromheen verstoren en een dip van lagere dichtheid creëren die het mee moet slepen. Dit zal de eigenschappen van de onzuiverheid wijzigen en bijvoorbeeld de effectieve massa veranderen, analoog aan een persoon die meer moeite heeft om op een trampoline te lopen en langs de vervorming in de stof te slepen. Een dergelijke onzuiverheid samen met de dip in dichtheid als geheel wordt een Bose-polaron genoemd. In 2016 realiseerden twee experimenten voor het eerst condensaten die veel Bose-polarons bevatten en die aanleiding gaven tot een actieve discussie in de theoretische gemeenschap. Er is aangetoond dat voor een nauwkeurige theoretische beschrijving van de polaron rekening moest worden gehouden met aanvullende correctietermen die niet aanwezig waren in eerdere discussies. Dit is recent gedaan voor een beschrijving van enkele Bose-polarons. In dit onderzoek zullen deze correctietermen worden opgenomen om een ​​systeem van vele polaronen te beschrijven dat nog niet eerder is gecombineerd. De resultaten die hier worden gevonden, worden ook uitgebreid naar andere atoomgassen die ultrakoude fermionische gassen worden genoemd.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Polaronische effecten in superfluïde Fermi gassen. 01/01/2020 - 31/12/2023

Abstract

Wanneer een deeltje in een medium van andere kwantumdeeltjes wordt geplaatst, zal de interactie met het medium leiden tot nieuwe effectieve eigenschappen voor dit deeltje. Dit werd systematisch onderzocht voor elektronen in een ionair or polair rooster. Het elektron, samen met de roostervervorming die het induceert, wordt een nieuw, zwaarder, samengesteld deeltje, het "polaron". Dit "polaron-effect" blijkt alomtegenwoordig te zijn in fysische systemen. De meest recente realisatie ervan bestaat uit onzuiverheidsatomen geplaatst in een quantum gas afgekoeld tot op nanokelvin temperaturen, waar het gas een superfluïdum wordt, een aggregatietoestand gekarakteriseerd door wrijvingsloze stroming. Deze verwezenlijking van het polaron is bijzonder nuttig omdat kwantumgassen experimenteel zeer precies gemanipuleerd kunnen worden, waardoor polaronen in regimes kunnen worden onderzocht die tot nu toe niet toegankelijk waren en waar veeldeeltjestheoriën met ongekende precisie kunnen getest worden. Hiervoor zijn superfluïde Fermi gassen nog veelbelovender dan Bose gassen, want ze vertonen een veel rijker spectrum aan aanpasbare elementaire excitaties die gekoppeld kunnen worden aan het onzuiverheidsatoom. In dit project onderzoeken we in detail het polaron-effect in superfluïde Fermi gassen. Dit zal niet enkel leiden tot een beter begrip van polaronen, maar ook tot nieuwe inzichten inzake de vorming van superfluide Cooper paren van fermionische atomen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Ab-initio berekening van de effecten van fonon-anharmoniciteit op polaronen in hydrides. 01/01/2020 - 31/12/2023

Abstract

Waterstofrijke materialen gekend als hydrides blijken onder hoge druk heel wat interessante eigenschappen te bezitten, waaronder de hoogste kritische temperatuur voor supergeleiding ooit gemeten. Deze ontdekking heeft de hydrides op de kaart gezet in het materiaalonderzoek. In dit project spitsen we ons toe op een eigenschap die deze materialen speciaal maakt: hun heel sterke fonon anharmoniciteit. Fononen zijn de gekwantiseerde roostertrillingen van de atomen in het kristal. Wanneer een atoom wordt ve laatst uit zijn evenwichtspositie, dan voelt het een kracht die gewoonlijk wordt benaderd door een veer die het atoom terug naar zijn plaats trekt. In hydrides kan die kracht niet meer als een veer worden benaderd, en dit effect wordt fonon anharmoniciteit genoemd. De elektronen voelen de roostertrillingen, en vormen een effectief samengesteld deeltje, polaron genaamd, dat bestaat uit het elektron samen met de roostervervorming die het veroorzaakt. We combineren de expertise van de Vlaamse partner, polaron fysica, met de expertise van de Oostenrijkse partner, ab-initio berekeningen van fononen en elektron-fonon interactiesterktes, om de fonon anharmoniciteit in rekening te brengen voor polaronen in hydrides. Dit zal leiden tot een beter begrip van de elektronische en optische eigenschappen van een nieuwe klasse interessante materialen, namelijk hydrides onder druk.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Post-quench prethermalisatie en thermalisatie dynamica in Bose gassen: uitbreiding van de hiërarchie-van-correlaties methode naar het sterk interagerende regime, multicomponent systemen en eindige temperatuur. 01/11/2019 - 31/10/2021

Abstract

Wanneer een gas van atomen wordt gekoeld tot het absolute nulpunt, ondergaat het een fase-overgang naar een Bose-Einstein condensaat, een kwantummechanische toestand gekenmerkt door wrijvingsloze stromen ofwel "superfluïditeit". In dit project onderzoeken we wat er met het superfluïdum gebeurt na een plotse verandering of "quench" van parameters zoals de interatomaire interactiesterkte. In het bijzonder wordt gefocust op de manier waarop het condensaat evolueert naar de nieuwe evenwichtstoestand. Verschillende experimentele waarnemingen, zoals het optreden van een pre-thermale stationaire toestand en universele dynamica vormen theoretische uitdagingen, die we trachten op te lossen door correlaties tussen meer dan twee deeltjes in het model op te nemen. Het gedrag van sterk interagerende ultra-koude atomaire gassen is bovendien typerend voor een breed scala aan kwantummechanische veeldeeltjes-systemen, gaande van neutronensterren tot supergeleiders. Het onderzoeksthema heeft daardoor veel toepassingen, en raakt daarenboven aan fundamentele vragen aangaande de rol van thermisch evenwicht in kwantumsystemen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Bose-Einstein condensatie van ultrakoude atomen uit evenwicht. 01/01/2019 - 31/12/2022

Abstract

Superfluida vormen een fase van de materie die verschilt van gassen, vloeistoffen en vaste stoffen, waarvan de meest in het oog springende eigenschap de afwezigheid van viscositeit is. Het feit dat er geen wrijving is, is het gevolg van het collectief bewegen van alle deeltjes, analoog aan de fotonen die door een laser uitgezonden worden. Lasers en superfluida vertonen coherentie (van fotonen en atomen respectievelijk), maar een belangrijk verschil is dat de eerste gedreven zijn (bv. door een elektrische stroom), terwijl de laatste in thermisch evenwicht zijn. De noodzaak om lasers te drijven is een direct gevolg van hun nut als coherente bron van fotonen: het uitzenden van fotonen. Recent zijn er diverse onderzoeksactiviteiten opgezet om de brug te slaan tussen beide vormen van coherente materie. Vanuit de fotonische kant zijn er experimenten met fotonen die zeer dicht bij thermisch evenwicht komen door te werken met efficiënte thermalisatiemechanismen en lange levensduur van de fotonen. Vanuit de atomaire kant zijn experimenten uitgevoerd waarbij verliezen geïnduceerd werden door een elektronenstraal en de atomen terug aangevuld werden vanuit een naburige atomaire wolk. Het doel van dit project is een theoretisch model op te stellen voor dergelijke atomaire superfluida uit evenwicht. Gebaseerd op voorgaand werk over fotonische systemen verwachten we dat er een fase-overgang zal zijn tussen normale en coherente fasen en dat hun vortex-eigenschappen beïnvloed zullen zijn door de atomaire verliezen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Variationele kwantumtraject beschrijving van gedreven-dissipatieve systemen. 01/10/2017 - 30/09/2021

Abstract

Variationele principes spelen een centrale rol in ons theoretisch begrip van gesloten kwantumsystemen bij thermisch evenwicht. Voor open, gedreven-dissipatieve systemen zijn variationele technieken minder ontwikkeld. Klassieke voorbeelden van gedreven-dissipatieve systemen gaan van convectie-rollen in hydrodynamica tot elektrische patronen in het hart. Gedurende de laatste jaren heeft vooruitgang in de fabricatie van elektromagnetische resonatoren gekoppeld aan materie-vrijheidsgraden het theoretische onderzoek naar gedreven-dissipatieve kwantumsystemen gestimuleerd. Een belangrijke motivatie voor dit onderzoek is de mogelijkheid om gecorreleerde kwantumtoestanden te creëren, met mogelijke toepassingen in kwantumcomputing en kwantumsimulatie. De theoretische beschrijving van gedreven-dissipatieve systemen kan op twee equivalente manieren aangepakt worden: een master vergelijking voor de dichtheidsmatrix en een kwantumtraject vergelijking voor de golffunctie. Deze twee technieken verhouden zich tot elkaar als de diffusievergelijking tot de Langevin vergelijking in de theorie van de Brownse beweging. Een praktisch voordeel van de kwantumtraject methode is dat ze opgelost kan worden in de Hilbertruimte van toestanden in plaats van de kwadratisch grotere Hilbertruimte van dichtheidsmatrices. Een conceptuele bonus is dat ze de verschillende macroscopische 'Schrödinger kat" superposities kan ontrafelen en zo inzicht geeft in het ontstaan van klassieke configuraties uit een verstrengelde kwantumtoestand. In dit project zullen we variationele benaderingen tot de dynamica van de kwantumtrajecten onderzoeken. Men kan verwachten dat de ontrafelde golffuncties eenvoudiger te vatten zijn met een variationele beschrijving dan de volledige dichtheidsmatrix. Deze verwachting is reeds bevestigd door een eerste studie van de Gutzwiller benadering op een fotonische molecule. Gesterkt door dit succes zullen we een aantal variationele benaderingen uitwerken voor de simulatie van de kwantumtrajecten van een aantal gedreven-dissipatieve kwantumsystemen. Eén van de voordelen van een dergelijke beschrijving is dat ze nog realistisch uitgevoerd kan worden voor grote systemen en in meer dan één dimensie, waar andere numerieke technieken vaak niet meer haalbaar zijn. Toegang tot grote systemen is in het bijzonder belangrijk bij de studie van fase-overgangen, die pas goed gedefinieerd zijn in de thermodynamische limiet. Het belangrijkste doel van dit onderzoeksproject is een nieuwe theoretische tool te ontwikkelen voor de beschrijving van gedreven-dissipatieve systemen. We plannen toepassingen van deze techniek op het beter begrijpen van fase-overgangen, wat tot nieuwe fundamentele inzichten kan leiden in de verschillen en gelijkenissen tussen gedreven-dissipatieve systemen en gesloten systemen in thermisch evenwicht.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Afgelopen projecten

Elementaire excitaties in Fermisystemen: van koude atomen tot gecondenseerde materie. 01/03/2020 - 31/01/2021

Abstract

Bij het afkoelen van een systeem gemaakt van veel interagerende deeltjes, ontmoet men nieuwe toestanden van materie die unieke eigenschappen vertonen. Supergeleiders zijn metalen wiens weerstand plotseling daalt bij lage temperatuur;evenzo zijn superfluïda vloeistoffen of gassen waarvan de viscositeit veel lager is dan in normale vloeistoffen. Deze verschijnselen zijn afhankelijk van hetzelfde fysieke mechanisme: in plaats van onderscheidbare balletjes te zijn, verzamelen de deeltjes zich in een condensaat, een kwantumgolf zo groot als het hele systeem. In systemen gemaakt van fermionische deeltjes (deeltjes die niet dezelfde kwantumtoestand kunnen besetten, zoals bijvoorbeeld elektronen en veel atoomkernen), kan condensatie alleen optreden als de deeltjes eerst een paar vormen. Dit soort paar condensaten zijn te vinden in veel verschillende gebieden van de fysica, en hun studie is even cruciaal voor het begrijpen van de fundamentele wetten van de natuurkunde, en voor de ontwikkeling van nieuwe technologieën. Ik zal proberen beter te begrijpen hoe deze fermionische condensaten in supergeleiders reageren op externe verstoringen, bijvoorbeeld laserpulsen, vooral wanneer de verstoring heeft genoeg energie om de paren te verbreken. Het begrijpen van dit gedrag zal helpen de eigenschappen van het systeem als een functie van de temperatuur voorspellen, en kunnen helpen verklaren waarom sommige materialen hun supergeleidende eigenschappen behouden bij hogere temperaturen dan andere.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Veel-polaron effecten in een Bose-Einstein condensaat. 01/10/2018 - 30/09/2020

Abstract

Een Bose-Einstein-condensaat (BEC) kan worden beschouwd als een gas van atomen dat bij zeer lage temperaturen een overgang naar een specifieke fase ondergaat. In deze nieuwe fase vertoont het atoomgas verschillende eigenaardige eigenschappen, zoals superfluiditeit, gekwantiseerde wervelingen en vele andere fenomenen die bij normale gassen niet worden verwacht. Eén zo'n interessant probleem is dat van een onzuiverheid (meestal een atoom van een andere soort) die door een BEC beweegt. Deze onzuiverheid zal het gas eromheen verstoren en een dip van lagere dichtheid creëren die het mee moet slepen. Dit zal de eigenschappen van de onzuiverheid wijzigen en bijvoorbeeld de effectieve massa veranderen, analoog aan een persoon die meer moeite heeft om op een trampoline te lopen en langs de vervorming in de stof te slepen. Een dergelijke onzuiverheid samen met de dip in dichtheid als geheel wordt een Bose-polaron genoemd. In 2016 realiseerden twee experimenten voor het eerst condensaten die veel Bose-polarons bevatten en die aanleiding gaven tot een actieve discussie in de theoretische gemeenschap. Er is aangetoond dat voor een nauwkeurige theoretische beschrijving van de polaron rekening moest worden gehouden met aanvullende correctietermen die niet aanwezig waren in eerdere discussies. Dit is recent gedaan voor een beschrijving van enkele Bose-polarons. In dit onderzoek zullen deze correctietermen worden opgenomen om een ​​systeem van vele polaronen te beschrijven dat nog niet eerder is gecombineerd. De resultaten die hier worden gevonden, worden ook uitgebreid naar andere atoomgassen die ultrakoude fermionische gassen worden genoemd.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Dynamica en verval van solitonen en solitonische vortices in superfluïde Fermi gassen. 01/10/2018 - 30/09/2020

Abstract

Ultrakoude kwantumgassen bestaan uit een verzameling magnetisch ingevangen atomen, gekoeld tot op nanokelvin temperaturen. Bij deze ultralage temperaturen wordt het kwantummechanisch gedrag, dat zich gewoonlijk afspeelt op de microscopische schaal van individuele atomen, merkbaar op macroscopische schaal. De ganse wolk gedraagt zich volgens de kwantummechanische wetten, zonder decoherentie, en dit leidt tot opmerkelijk gedrag zoals vloeien zonder weerstand, ook gekend als "superfluïditeit". Superfluïda worden beschreven aan de hand van een complexe ordeparameter. Fasedefecten in deze ordeparameter zijn topologische excitaties, zoals vortices en solitonen. Solitonen zijn gelokaliseerde dips in de dichtheid, die zich verplaatsen zonder van vorm te veranderen. Vortices zijn gekwantiseerde wervelingen. In dit project bestuderen we deze topologische excitaties in een fermionische kwantumvloeistof door gebruik te maken van een effectieve veldentheorie geldig bij alle temperaturen en interactiesterktes. Experimenteel werd waargenomen dat solitonen vervallen naar vortices. Dit verval zal gemodelleerd worden en we zullen manieren voorstellen om solitonen te stabilizeren. We onderzoeken ook interacties tussen verschillende topologische excitaties, en hun spontane creatie wanneer het kwantumgas snel gekoeld wordt. Ten slotten wordt onderzocht hoe de aanwezigheid van wanorde en mengsels met andere superfluïda de eigenschappen van deze topologische excitaties gaat beïnvloeden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Modellering van thermo-optische eigenschappen van waterstof bij extreme druk. 01/10/2018 - 31/10/2019

Abstract

Waterstof is het eenvoudigste element in het universum. Wanneer het op kamertemperatuur en atmosferische druk is, heeft waterstof de vorm van een gas. Men kan dit gas koelen of onder druk zetten om er een vaste stof van te maken. Onder deze omstandigheden is de vaste waterstof een elektrische isolator. Bijna een eeuw geleden werd echter voorspeld dat een druk van een kwart miljoen maal atmosferische druk op vaste waterstof er een metaal van zou maken. Dit materiaal werd metallisch waterstof genoemd en natuurkundigen hebben geprobeerd het te maken sinds het werd voorspeld. Theoretische voorspellingen geven ook aan dat metallisch waterstof een supergeleider is bij kamertemperatuur, wat betekent dat het elektriciteit zonder verliezen kan transporteren. Bovendien zou het een zeer krachtige raketbrandstof zijn en zou het metaal blijven, zelfs wanneer de druk wordt weggenomen. Onlangs hebben experimenten van de Silvera-onderzoeksgroep aan de Harvard University de eerste creatie van metallisch waterstof in het laboratorium aangetoond. Andere onderzoeksgroepen zijn het echter niet eens met deze bewering. In het voorgestelde onderzoek proberen we theoretisch het experiment te modelleren dat door de Silvera-onderzoeksgroep wordt gebruikt om een ​​correcte interpretatie van hun resultaten te krijgen. Verder zullen we dit model en de experimentele resultaten gebruiken om materiaalparameters van metallische waterstof te schatten. Ten slotte zullen we theoretisch een experiment ontwikkelen dat kan meten of de metallische waterstof in de experimenten supergeleidend is, zoals voorspeld door de theorie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Niet adiabatische dynamica in interagerende kwantum veeldeeltjessystemen 01/10/2017 - 30/09/2020

Abstract

Energiedissipatie, gaande van de warmte geproduceerd door een benzinemotor of de decoherentie van een qubit, is te wijten aan een gebrek aan controle over de microscopische vrijheidsgraden van het systeem. Sinds de beginjaren van de thermodynamica werden adiabatische processen aangehaald als een universele manier om zulke verliezen te compenseren, en dit heeft geleid tot het concept van "Carnot efficiëntie". Ondanks het fundamentele belang van dit centrale concept, zijn de pratische implicaties ervan gering aangezien maximale efficiëntie gewoonlijk gepaard gaat met minimaal vermogen. Gelijkaardige problemen treden op in het schijnbaar verschillende probleem van adiabatische kwantumcomputatie en –simulatie. Het idee hierbij is om een gewenste kwantumtoestand te prepareren door te beginnen van een toestand die gemakkelijk te maken is, en dan een controleparameter langzaam aan te schakelen in de hoop het systeem niet te exciteren. Zoals in thermodynamische machines, werkt dit idee in de adiabatische limiet wanneer de snelheid van het inschakelen infinitesimaal klein is. In realistische experimenten leidt de eindige inschakeltijd echter altijd tot opwarming. In dit project onderzoeken we niet-evenwichtsfenomenen in veeldeeltjes-kwantumsystemen. In het bijzonder willen we niet-adiabatische protocollen ontwikkelen die tot hetzelfde resultaat leiden als een volledig adiabatische werkwijze maar in een eindige tijd. Hiervoor bouwen we op het idee van transitieloze aandrijving. Om dit voor veeldeeltjes-kwantumsystemen te ontwikkelen combineren we de theoretische voorstellen met cutting-edge numerieke methodes zoals t-DMRG, faseruimtemethodes en machine-learning technieken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Onconventionele atomaire Fermi superflu. 01/01/2017 - 29/02/2020

Abstract

In een superfluïdum zijn alle atomen verzameld in een enkele kwantumtoestand, en verschilt het gedrag sterk van een normale vloeistof. Wanneer een superfluïdum roteert, ontstaan wervelingen waarvan de grootte gekwantiseerd is en die zich in een roosterstructuur ordenen. Geluid propageert door het verplooien van de macroscopische kwantumgolf en niet door compressie van het fluïdum. We bestuderen de wervelingen en het geluid in twee nieuwe soorten superfluïda die recent experimenteel werden aangemaakt door atomen af te koelen tot op nanokelvin temperaturen en hun interactie magnetisch aan te passen, In een ongelijk mengsel van twee soorten atomen, vormt de atoomsoort die in de minderheid is paren met de atomen uit de andere component. De overgebleven ongepaarde atomen veroorzaken defecten in het superfluïdum, die zichzelf in intrigerende patronen ordenen. We onderzoeken hoe het patroon van defecten reageren op vortices (de wervelingen) en geluidsgolven. In een mengsel van 3 soorten atomen kunnen zich bovendien drie-deeltjes clusters of "trimeren" vormen. De aard van de vortices en de geluidsgolven in dit systeem is nog niet gekend, en de studie ervan zal ons helpen te begrijpen hoe het collectief gedrag van het fluïdum verandert wanneer de constituenten driedeeltjesinteracties ondergaan bovenop de tweedeeltjesinteracties. Onze studie zal fundamentele vragen beantwoorden voor veel verschillende fysische systemen: kwantumgassen, vloeibaar helium, supergeleiders, en quarks. Bovendien draagt het bij aan een betere kennis van superfluïda, die meer en meer gebruikt worden in de meest geavanceerde kwantumtechnologie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Dynamica en verval van solitonen en solitonische vortices in superfluïde Fermi gassen. 01/10/2016 - 30/09/2018

Abstract

Ultrakoude kwantumgassen bestaan uit een verzameling magnetisch ingevangen atomen, gekoeld tot op nanokelvin temperaturen. Bij deze ultralage temperaturen wordt het kwantummechanisch gedrag, dat zich gewoonlijk afspeelt op de microscopische schaal van individuele atomen, merkbaar op macroscopische schaal. De ganse wolk gedraagt zich volgens de kwantummechanische wetten, zonder decoherentie, en dit leidt tot opmerkelijk gedrag zoals vloeien zonder weerstand, ook gekend als "superfluïditeit". Superfluïda worden beschreven aan de hand van een complexe ordeparameter. Fasedefecten in deze ordeparameter zijn topologische excitaties, zoals vortices en solitonen. Solitonen zijn gelokaliseerde dips in de dichtheid, die zich verplaatsen zonder van vorm te veranderen. Vortices zijn gekwantiseerde wervelingen. In dit project bestuderen we deze topologische excitaties in een fermionische kwantumvloeistof door gebruik te maken van een effectieve veldentheorie geldig bij alle temperaturen en interactiesterktes. Experimenteel werd waargenomen dat solitonen vervallen naar vortices. Dit verval zal gemodelleerd worden en we zullen manieren voorstellen om solitonen te stabilizeren. We onderzoeken ook interacties tussen verschillende topologische excitaties, en hun spontane creatie wanneer het kwantumgas snel gekoeld wordt. Ten slotten wordt onderzocht hoe de aanwezigheid van wanorde en mengsels met andere superfluïda de eigenschappen van deze topologische excitaties gaat beïnvloeden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Analoge modellen voor zwaartekracht met microcaviteitpolaritonen. 01/10/2016 - 31/05/2018

Abstract

Exciton-polaritonen zijn quasideeltjes die ontstaan door een coherente koppeling tussen een foton en een exciton -- een gebonden elektron-gat-paar in een halfgeleider. In een microcaviteit kunnen deze deeltjes resonant geëxciteerd worden met een laser, wat maakt dat het systeem op relatief eenvoudige wijze gemanipuleerd kan worden in een bepaalde configuratie. Het doel van dit onderzoek is om deze vrijheid tot manipulatie ten volle uit te buiten, om zo bepaalde typerende kenmerken van zwaartekracht te genereren in het polaritonsysteem. Hierbij zal in essentie onderzocht worden hoe, in dit specifiek systeem, de verandering van een kwantumvacuüm kan leiden tot de creatie van deeltjes. Deze algemene overweging blijkt immers op uiterst intieme wijze verbonden met nijpende fysische problemen zoals Hawkingstraling, entropie van zwarte gaten, inflatie van het vroege universum en zelfs de oorsprong van de mythische kosmologische constante. Zo kunnen de bevindingen uit dit vereenvoudigd analoog model parallel doorgetrokken worden om deze fundamentele vraagstukken beter te begrijpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Polaronen in oxides: Hamiltoniaanse beschrijving en ab initio behandeling. 01/01/2016 - 31/12/2018

Abstract

Polaronen zijn quasideeltjes die ontstaan door de koppeling tussen ladingsdragers en gekwantiseerde roostertrillingen in een materiaal (fononen). Ze zijn van fundamenteel belang voor veel praktische toepassingen omtrent ladingstransfer, geleiding en optische absorptie van materialen. De sterkte van de elektron-fonon koppeling bepaalt de vorm, grootte en eigenschappen van de polaronen. In het korte-afstandsregime van sterke koppeling is de grootte van het polaron vergelijkbaar met de roosterconstante. Wanneer de koppeling afneemt dan worden de polaronen groot en is een continuumbenadering mogelijk. Hoewel de theoretische basis voor de modellering van polaronen dateert uit de jaren 1950, ontbreekt tot nu toe een ge-unificeerde beschrijving van kleine en grote polaronen. De continuum modelhamiltoniaan van Frohlich werkt enkel goed voor grote polaronen, terwijl de eigenschappen van kleine polaronen beter beschreven worden door ab-initio technieken op de schaal van het atomaire rooster. Het eerste doel van dit project is om de ab-initio en model Hamiltoniaan technieken te herformuleren, ze te ontwerpen en te testen zodanig dat een gezamelijke beschrijving van kleine en grote polaronen in hetzelfde theoretisch kader mogelijk is. Het tweede doel van dit project is om deze nieuwe beschrijving toe te passen op realistische problemen in materiaalwetenschappen, in het bijzonder op transitie-metaal oxides.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Dynamica en verval van solitonen en solitonische vortices in superfluïde Fermi gassen. 01/10/2015 - 30/09/2016

Abstract

Ultrakoude kwantumgassen bestaan uit een verzameling magneto-optisch ingevangen atomen, afgekoeld tot op nanokelvin temperaturen. Bij deze temperaturen bepalen de wetten van de kwantummechanica het gedrag van de ganse wolk atomen, daar waar deze wetten gewoonlijk enkel op atomaire schaal relevant zijn. Dit geeft aanleiding tot opmerkelijke eigenschappen, zoals wrijvingsloos vloeien, ook "superfluïditeit" genoemd. Het doel van dit project is om een theoretische beschrijving op te stellen voor solitaire golven die doorheen dit superfluïdum bewegen. Het verval van deze solitaire golven via een instabiliteit van het golffront werd waargenomen en leidt tot de vorming van solitonische vortices of wervelingen. Om dit te beschrijven gaan we een effectieve kwantumveldentheorie gebruiken die werd afgeleid om superfluïde Fermigassen te modelleren. Hiermee gaan we op variationele manier het verval van de solitaire golven bestuderen, ook in het geval waarin er effecten aanwezig zijn die nadelig zijn voor de superfluïditeit. De twee belangrijkste effecten die we in rekening willen brengen zijn enerzijds een wanorde-potentiaal, en anderzijnds een onevenwicht in de populaties van de toestanden waaruit de paren van fermionen worden gevormd.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Superfluiditeit en supergeleiding in multicomponent kwantum condensaten. 01/01/2015 - 31/12/2018

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Emergente Fenomenen in Multicomponent Kwantum Condensaten. 01/01/2015 - 31/12/2018

Abstract

Kwantum effecten spelen typisch enkel een rol op microscopische schaal. Maar in supergeleiders and superfluïda manifesteren deze kwantum effecten zich ook op macroscopische niveau, wat resulteert in verrassende effecten zoals wrijvingsloos vloeien of het verdwijnen van weerstand. Dit macroscopisch kwantumgedrag wordt veroorzaakt door het collectief optreden van de deelnemende microscopische deeltjes, die daartoe (in het geval van fermionen) paren moeten vormen. Neutrale deeltjes leiden tot superfluïditeit, en geladen deeltjes maken hier een supergeleider van. Beide gevallen worden beschreven door hetzelfde onderliggend wiskundig formalisme. De ontdekking van supergeleiding in magnesium diboride in 2001 leidde tot een nieuwe klasse van macroscopische kwantum systemen, de zogenaamde multiband systemen. Hierin komen meerdere soorten paren voor en dit leidt tot een mengsel van meedere kwantum condensaten. Het opmengen geeft aanleiding tot een rijker palet aan fysische fenomenen. Experimenteel heeft men nu zowel multiband superfluïda als multiband supergeleiders. De doelstelling van het project is om de effecten van de koppeling van meerdere kwantum condensaten in een system te begrijpen en te quantificeren. We beogen zowel de ontwikkeling en uitbreiding van het formalisme naar meerdere kwantum condensaten, als de ontwikkeling van efficiënte solvers voor de bekomen niet-lineaire veldvergelijkingen. Dit zal worden toegepast op een breed scala aan macroscopische kwantumfenomenen, zowel voor multiband superfluïda als voor multiband supergeleiders.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Solitonen en vortex patronen in superfluïde Fermi gassen. 01/10/2014 - 30/09/2018

Abstract

Ingevangen wolkjes atomen kunnen gekoeld worden tot op nanokelvin temperaturen, waarbij ze terecht komen in een kwantummechanische toestand gekend als "superfluïdum". Een superfluïdum kan coherent stromen (zoals laserlicht), en zonder wrijving (zoals een supergeleider). Veel stromingspatronen die gekend zijn in klassieke vloeistoffen, zoals solitaire golven en vortices, hebben een tegenhanger in superfluïda. Het doel van dit project bestaat er in om deze tegenhangers, met name solitonen en verzamelingen vortices, te bestuderen in ijle kwantumgassen die bestaan uit fermionische atomen. Deze fermionische atomen moeten opparen alvorens ze een superfluïdum kunnen vormen, en het samenspel tussen coherentie en de interatomaire interactie is hierbij cruciaal, in tegenstelling tot de bosonische superfluïda waar paarvorming niet nodig is. Superfluïditeit in fermionische gassen is slechts enkele jaren geleden voor het eerst experimenteel gerealiseerd, en deze experimenten tonen aan dat de eigenschappen van zulke ijle fermionische superfluïda verschillen van wat reeds gekend is in vloeibaar helium en in supergeleiders. Om deze eigenschappen te onderzoeken gebruiken we uitbreidingen van technieken die oorspronkelijk voor supergeleiding ontwikkeld werden, en combineren deze met recente theoretische modellen voor superfluïde Fermi gassen, bekomen in TQC. Hiermee onderzoeken we hoe de verschillen in bosonische en fermionische superfluïde gassen tot stand komen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Dynamica en thermalisatie van kwantumvloeistoffen uit evenwicht. 01/10/2014 - 30/09/2017

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Analoge zwaartekrachtsmodellen met microcaviteitspolaritonen. 01/10/2014 - 30/09/2016

Abstract

Exciton-polaritonen zijn quasideeltjes die ontstaan door een coherente koppeling tussen een foton en een exciton -- een gebonden elektron-gat-paar in een halfgeleider. In een microcaviteit kunnen deze deeltjes resonant geëxciteerd worden met een laser, wat maakt dat het systeem op relatief eenvoudige wijze gemanipuleerd kan worden in een bepaalde configuratie. Het doel van dit onderzoek is om deze vrijheid tot manipulatie ten volle uit te buiten, om zo bepaalde typerende kenmerken van zwaartekracht te genereren in het polaritonsysteem. Hierbij zal in essentie onderzocht worden hoe, in dit specifiek systeem, de verandering van een kwantumvacuüm kan leiden tot de creatie van deeltjes. Deze algemene overweging blijkt immers op uiterst intieme wijze verbonden met nijpende fysische problemen zoals Hawkingstraling, entropie van zwarte gaten, inflatie van het vroege universum en zelfs de oorsprong van de mythische kosmologische constante. Zo kunnen de bevindingen uit dit vereenvoudigd analoog model parallel doorgetrokken worden om deze fundamentele vraagstukken beter te begrijpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Spin-baan koppeling in ultrakoude Fermi gassen. 01/10/2013 - 30/09/2016

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Studie van itinerant ferromagnetisme vanuit het perspectief van ultrakoude kwantumgassen. 01/10/2013 - 30/09/2015

Abstract

Het doel van dit project is het verbeteren van de beschrijving van itinerant ferromagnetisme, gebruik makend van het padintegraal formalisme. Eerst zal het formalisme geverifieerd worden aan de hand van bestaande 'mean-field' theorieën. Vervolgens zullen fluctuaties rond het 'mean field' of gemiddelde veld in rekening gebracht worden. Dit verbetert de beschrijving van sterke interacties. Tot slot zal de wisselwerking tussen itinerant ferromagnetisme en de concurrerende fermionische paringsprocessen (i.e. superfluïditeit) in rekening gebracht worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Onderzoek van sterk gecorreleerde fotontoestanden in aanwezigheid van artificiele ijkvelden. 01/10/2013 - 30/09/2014

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Analoge modellen met microcaviteitpolaritonen. 01/10/2013 - 30/09/2014

Abstract

Mijn onderzoek concentreert zich op de uitwerking van analoge modellen van zwaartekracht in exciton-polariton-microcaviteiten. In eerste instantie zal onderzocht worden hoe het analogon van een "cosmologische constante", een van de grootste mysteries uit de moderne fysica, kan geïncorporeerd worden in een polaritonmodel. De bedoeling is om zo de mogelijke oorsprong van deze constante te situeren en enkele concrete experimentele opstellingen te suggereren die dit zouden kunnen verifiëren."

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Niet-lineair Transport van het Wigner Kristal op Supervloeibaar 4He in een Quasi Eén- Dimensionaal Kanaal. 01/01/2012 - 31/12/2015

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Kwantumturbulentie in atomaire en vaste stof Bose-Einstein condensaten. 01/01/2012 - 31/12/2015

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Kwantummechanische simulaties van polaroneffecten in kwantumgassen. 01/01/2012 - 31/12/2015

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Kwantummechanische effecten in de optische respons van metallische nanodeeltjes. 01/01/2012 - 31/12/2015

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds IWT. UA levert aan IWT de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Studie van itinerant ferromagnetisme vanuit het perspectief van ultrakoude kwantumgassen. 01/10/2011 - 30/09/2013

Abstract

Het doel van dit project is het verbeteren van de beschrijving van itinerant ferromagnetisme, gebruik makend van het padintegraal formalisme. Eerst zal het formalisme geverifieerd worden aan de hand van bestaande 'mean-field' theorieën. Vervolgens zullen fluctuaties rond het 'mean field' of gemiddelde veld in rekening gebracht worden. Dit verbetert de beschrijving van sterke interacties. Tot slot zal de wisselwerking tussen itinerant ferromagnetisme en de concurrerende fermionische paringsprocessen (i.e. superfluïditeit) in rekening gebracht worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Roostermodellen voor kwantumgassen met spin-onevenwicht. 01/10/2011 - 30/09/2013

Abstract

Het doctoraatsproject bestaat uit drie delen. In het eerste deel zal het effect van spin-onevenwicht in geordende roosters, met één toestand per roosterpunt en twee soorten fermionen, worden bestudeerd. Dit zal gebeuren via mean-field theorie en met het padintegraalformalisme. Een tweede deel zal bestaan uit de analyse van "magnetische" systemen: geordende roosters met twee toestanden per roosterpunt. Het doel van dit deel is het bepalen van de precieze voorwaarden waarbij in dit systeem een kwantum-faseovergang optreedt, van een geordende spintoestand naar een spin-vloeistof. In het derde deel wordt de theorie uit de eerste twee delen van het project veralgemeend, van een geordend rooster naar een schaalvrij rooster. Hierbij kan het 'small-world' effect een belangrijke rol spelen. Deze veralgemening is ook interessant omwille van de vele toepassingen bij de studie van complexe netwerken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Kwantumkinetiek van exciton-polaritonen 01/07/2011 - 31/12/2015

Abstract

Het onderwerp van dit onderzoeksproject is de theorie van halfgeleider nanostructuren in het regime van sterke koppeling tussen licht en materie, met als doel het opstellen van theoretische modellen, het verduidelijken van conceptuele vraagstukken en het ontwikkelen van technologische toepassingen. In halfgeleider microcaviteiten leidt sterke koppeling tussen licht en materie tot de zogenaamde polariton kwasi-deeltjes, die een coherente superpositie van exciton en foton zijn. Dankzij hun samengestelde aard combineren deze deeltjes sterke interacties met goede kwantumcoherentie. Deze gunstige eigenschappen hebben geleid tot de eerste observatie van Bose-Einstein condensatie (BEC) in de vaste stof. Het onderzoek naar polaritonen in microcaviteiten is uitgegroeid tot een levendig onderzoeksonderwerp op het kruispunt van halfgeleider fysica, kwantumoptica en kwantumgassen en wordt gekenmerkt door een vruchtbare samenwerking tussen theoretisch en experimenteel onderzoek. Naast hun interesse voor fundamenteel onderzoek hebben polaritonen een groot potentieel voor technologische toepassingen, zoals lasing met een ultralage drempel, de productie van verstrengelde fotonenparen, geminiaturiseerde nietlineaire optische elementen en ultrasnelle optische geheugens. De twee belangrijkste verschillen tussen polaritonen en andere verwezenlijkingen van kwantumontaarde bose gassen zijn hun eindige levensduur en hun interactie met hun vaste-stofomgeving. Deze elementen vormen een grote uitdaging voor hun theoretische beschrijving. Door de eindige levensduur kan het polaritongas geen thermodynamisch evenwicht bereiken. Bijgevolg kan hun toestand niet bepaald worden door het minimizeren van een vrije energie, maar moet de volledige kwantumkinetiek gemodelleerd worden. Hun niet-evenwichtskarakter heeft ook conceptuele gevolgen in verband met de betekenis van superfluïditeit, omdat de standaard behandeling gebaseerd is op thermodynamische argumenten. Wij willen de kwantumkinetiek van polaritonen benaderen met methoden die gebaseerd zijn op kwasi-waarschijnlijkheidsverdelingen ontwikkeld in kwantumoptica. Deze waarschijnlijkheidsdichtheden kunnen gemonsterd worden met Monte Carlo technieken. Zulke methoden heb ik in de voorbije jaren ontwikkeld en geïmplementeerd, maar deze eerste studies bevatten drastische benaderingen. Het doel van dit onderzoeksproject is verder te gaan en een volledig model van de kinetiek van een polaritongas dat met zijn omgeving interageert op te stellen. De toepassingen van het theoretische model zullen onder andere de volgende zijn: een kwantitative analyse van de ruimtelijke coherentie, dichtheidsfluctuaties, de dynamica van de vorming van de coherentie, de vorm van een condensaat in een periodieke potentiaal en de polarizatietoestand van het polaritongas. Bovendien zullen we toepassingen van ons formalisme zoeken in andere fysische systemen. Een veelbelovend voorbeeld is een nanocaviteit met een ingebedde kwantumdoos, waarin recent de controversiële waarneming van lasing in het regime van sterke koppeling gerapporteerd is. Als laatste element van dit onderzoeksproject wil ik de analyse van superfluïditeit aanstippen. Ons model zal alle ingrediënten bevatten om een microscopische berekening van de superfluïde fractie te maken. Deze berekening is belangrijk omdat het polaritongas in een microcaviteit tweedimensionaal is:vanuit de analogie met het tweedimensionale bose gas bij thermodynamisch evenwicht wordt verwahct dat de fase-overgang van de incoherent naar de coherente toestand van het Berezinskii-Kosterlitz-Thouless type is. Deze exotische fase-overgang wordt gekarakteriseerd door een sprong in de superfluïde fractie. Ten slotte denken we voor technologische toepassingen in de richting van de polarizatie-dynamica, die recent benut is voor het realizeren van een ultrasnel optisch geheugenelement.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Lokalisatie- en responseigenschappen van één of meerdere onzuiverheidsatomen in een Bose-Einstein condensaat 01/10/2010 - 30/09/2011

Abstract

Onzuiverheidatomen in een Bose-Einstein condensaat worden beschreven door een model dat ook toepassingen heeft in verschillende andere takken van de fysica. Het bekendste voorbeeld is een elektron gekoppeld aan roostertrillingen, ook wel gekend als het polaron uit de vaste stoffysica. Toch zijn er nog enkele belangrijke openstaande vragen over dit model en bestaat er onenigheid over sommige resultaten. De reden dat deze nog niet zijn opgelost is dat het tot nog toe niet mogelijk was om experimenteel het regime van sterke koppeling te bekijken. De reden dat we nu dit model in een Bose-Einstein condensaat willen bekijken is dat dit een zuivere kwantum toestand is, waardoor de interpretatie van experimenten niet wordt bemoeilijkt door factoren waar men geen vat op heeft. Men kan ook enkele aspecten van het systeem erg nauwkeurig instellen, zoals bijvoorbeeld de interactiesterkte. Dit laat toe om het regime van sterke koppeling experimenteel te verwezenlijken. Het doel van dit project is de theoretische beschrijving van dit systeem. Zo zullen de responseigenschappen worden afgeleid voor willekeurige koppelingssterkte, maar ook het effect van meerdere onzuiverheden wordt bekeken. Door er steeds zorg voor te dragen dat de theoretische voorspellingen afgestemd zijn op het experiment zal dit toelaten voor het eerst de sterke koppelingseigenschappen van het model experimenteel te testen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Elektronische structuur van een nanoschil. 28/07/2010 - 27/07/2012

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds IWT. UA levert aan IWT de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Afstemmen van de functionele eigenschappen van nanodeeltjes en nanodraden. 01/01/2009 - 31/12/2013

Abstract

Met dit project wordt een doorgedreven integratie en het optimalisering beoogd van de unieke expertise die binnen het WOG-consortium aanwezig met als doel de preparatie, structurele en fysische karakterisering en theoretische modelering van nanodeeltjes en nanodraden die de bouwstenen bij uitstek zijn voor het ontwikkelen van nanotechnologische toepassingen. In het bijzonder worden theoretische modeleringstechnieken ontwikkeld voor het beschrijven en het voorspellen van de functionele eigenschappen van interagerende en niet-interagerende deeltjes en draden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Sterke-koppelingsfenomenen tussen condensaatfluctuaties en onzuiverheden. 01/01/2009 - 31/12/2012

Abstract

Koude atomaire gassen dienen zich aan als een nieuwe en krachtige manier om een fundamenteel systeem uit de veeldeeltjesfysica te modelleren en te bestuderen: deeltjes (sterk) gekoppeld aan een bad van bosonische excitaties. Dit systeem vormt juist een van de onderzoekspeilers van het laboratorium TFVS-UA, en we willen natuurlijk de kans niet missen om de expertise die we hieromtrent hebben opgebouwd te valoriseren aan een nieuw systeem. Hierbij gaan we het padintegraalformalisme gebruiken om het "polaronisch effect" in atomaire gassen op drie niveaus te beschrijven: de grondtoestandseigenschappen, de respons eigenschappen, en het multipolaron effect.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Dynamische effecten in gekoppelde supergeleider-ferromagneet nanosystemen. 01/01/2009 - 31/12/2012

Abstract

Het hoofddoel van dit project is het experimenteel en theoretisch onderzoeken van de fysische eigenschappen van gekoppelde, wederzijdig beïnvloedende supergeleider-ferromagneet nanosystemen. We zullen de verschillende invloeden onderzoeken van zowel de elektromagnetische koppeling als van de meer subtiele exchange koppeling. Hierin zal ook de terugkoppeling van de supergeleider naar de (zachte) ferromagneet vervat zitten. Complemetair theoretisch onderzoek zal verricht worden naar de studie van koude atomaire gassen, waarvan de fysische beschrijving vertaald kan worden naar S/F hybride systemen en omgekeerd.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Optische opsluitingsfenomenen in plasmonische nanomaterialen met vooraf ontworpen elektromagnetische eigenschappen. 01/01/2008 - 31/12/2011

Abstract

Het hoofddoel van dit project is het onderzoeken en controleren van optische opsluitingsfenomenen door het beheersen van plasmonische excitaties in individuele metallische nanodeeltjes en het onderzoeken van materialen met negatieve brekingsindex bestaande uit nanogestructureerde roosters van metallische en supergeleidende nanoresonators.Dit doel zal bereikt worden door gebruik te maken van de volgende nanogestructureerde systemen, die uiteindelijk ook de grenzen van bestaande materialen met negatieve brekingsindex zullen verleggen: (i) om het frequentiedomein met negatieve magnetische permeabiliteit (¿<0) uit te breiden zullen nanogestructureerde multilagen, nanogestructureerde hybride structuren [metaal/diëlectricum/metaal]n en individuele lagen onderzocht worden, waarbij verscheidene resonantiefrequenties overlappen. In systemen met multilagen zal de resonantiefrequentie verschillen van laag tot laag, maar gelijk blijven binnenin één laag. Anderzijds kan in een individuele laag een tweedimensionale superpositie van cellen met verschillende resonantiefrequenties gebruikt worden. (ii) om de frequentie waarop de negatieve index voorkomt te verhogen tot aan het zichtbare spectrum. Om dit te bereiken kunnen verschillende technieken geïmplementeerd worden. Deze worden uitgebreid besproken in de Ontwerp en Methodologie sectie. (iii) om de absorptie te reduceren bij frequenties onder de supergeleidende bandkloof zullen bovenstaande systemen gemaakt worden van zowel normale metalen als van supergeleiders.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Padintegraaltechnieken voor het prijzen van financiële opties. 01/07/2007 - 31/12/2011

Abstract

In dit project worden padintegraaltechnieken ontwikkeld en aangewend om financiële opties te prijzen waarvoor tot nu toe geen analytische prijzingsformules voorhanden waren. Dit wordt bewerkstelligd door recente vooruitgang in de padintegraaltheorie van fysische veeldeeltjessystemen over te dragen naar de context van financiële modellen met stochastische volatiliteit.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Superfluïde eigenschappen van mengsels van ultrakoude atomaire gassen. 01/01/2006 - 31/12/2009

Abstract

Het doel van dit project is de microscopische beschrijving van superfluiditeit en superfluide dynamica zoals de wetting-transitie, in mengsels van atomaire bosonen en fermionen. De ontwikkeling van een nauwkeurig microscopisch model van superfluiditeit dat de tekortkomingen van bestaande modellen in deze systemen overstijgt is een prangend actueel onderwerp. De toepassing ervan op recente vernieuwende experimenten is van belang, niet alleen binnen het vakgebied van ultrakoude atomaire gassen, maar ook om een nieuw licht to werpen op de fundamentele kwantummechanische aspecten van de materie. De methodes die worden toegepast, met name kwantumkinetische vergelijkingen, padintegralen, en gemiddeld-veldmodel len voor de wetting-transitie, vallen in het expertisegebied van de deelnemende onderzoekers. De samenwerking tussen de verschillende onderzoeksgroepen zal deze expertise bundelen en synergie mogelijk maken. Verschillende voorbereidende studies illustreren de haalbaarheid van dit project.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Superfluïditeit van ultrakoude atomaire Fermi gassen. 01/10/2004 - 30/09/2007

Abstract

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

FWO Visiting Postdoctoral Fellowship. (Arkady Shanenko) 01/03/2004 - 28/02/2005

Abstract

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Hybride systemen op nanometerschaal. 01/01/2004 - 31/12/2008

Abstract

Dit project situeerd zich in het gebied van de nanowetenschappen, i.e. de studie van nieuwe fysische fenomenen die optreden wanneer de afmetingen van een systeem worden gereduceerd tot minder dan 100 nm.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Superfluïditeit van fermionische atomen in een magnetische val. 01/01/2004 - 31/12/2007

Abstract

Er zal theoretisch worden bestudeerd hoe artificiële interatomaire interacties tussen fermionische atomen in een magnetische val de eigenschappen van het fermiongas beïnvloeden, in het bijzonder met betrekking tot de stabiliteit van het ingevangen gas en het bewerkstelligen van superfluïditeit in dit gas. De karakteristieke eigenschappen van het superfluïde gas zullen worden onderzocht en de eigenschappen geschikt voor detectie van de superfluïditeit zullen worden geïdentificeerd.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Invloed van kristaldefecten en grensvlakruwheid op het magnetisme van mesoscopische ferromagneten en van verdunde magnetische legeringen. 01/01/2004 - 31/12/2007

Abstract

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Opsluitingsfenomenen in nanogestructureerde supergeleiders. 01/01/2004 - 31/12/2005

Abstract

In dit onderzoeksproject zullen de opsluitingsfenomenen van de magnetische flux en van het supergeleidende condensaat (orderparameter ?) onderzocht worden. We zullen ons enerzijds richten op de opsluiting door de eindige geometrische begrenzing in kleine individuele supergeleidende eilanden met verschillende vormen (schijf, vierkant, driehoek, lijn), waarin de effecten van de begrenzing op ? en de interactie tussen een klein aantal fluxlijnen zal bestudeerd worden. Anderzijds zal fluxopsluiting gerealiseerd worden in systemen met een rooster van gecontroleerde artificiële hechtingspunten (pinningcentra), zoals holtes (antidots) of magnetische stippen. Zowel op theoretisch als experimenteel vlak zijn er reeds intense inspanningen geleverd die gericht zijn op een optimalisatie van fluxpinning aan defecten van verschillende aard en afmetingen. Door het systematisch variëren van de grootte, de vorm, het type en de verdeling van de pinningcentra, zullen de voorwaarden voor optimale pinning en kritische parameters onderzocht worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Toepassing van nieuwe methodes voor ingeperkte veelfermion- en veelbosonsystemen op ingevangen atomaire gassen en veel elektronbubbels in helium. 01/10/2003 - 30/09/2006

Abstract

Veelelektronbubbels en ingevangen atomaire gassen zijn systemen bij uitstek geschikt om de theorieën ontwikkeld tijdens het eerste postdoctorale mandaat toe te passen en zo te valoriseren. Verkennende studies gepubliceerd tijdens het eerste postdoctoraal mandaat hebben reeds het innoverend karakter van deze systemen en de haalbaarheid van dit project getoetst. Tijdens het hernieuwde postdoctoraal mandaat zullen deze systemen verder worden onderzocht, waarbij extra aandacht zal worden besteed aan samenwerking met en terugkoppeling naar nieuwe, toonaangevende experimenten die zich aandienen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Bipolaronen in een polaronomgeving. 01/02/2003 - 31/01/2004

Abstract

Het spinloos bipolaron zal onderzocht worden in een polaire omgeving, waarin het niet als een geïsoleerd object behandeld kan worden, maar waarin het moet beschouwd worden in interactie met een bad van polaronen. Hierdoor blijken er polarondichtheden te bestaan waarin spinloze bipolaronen, die onstabiel zouden zijn volgens het conventioneel criterium, toch stabiel zijn in een polaronomgeving. In dit project zal aandacht besteed worden aan (i) bipolaron-polaron ruimtelijke correlaties in het stabiliteitscriterium, (ii) thermodynamische eigenschappen van het bipolaron-polaron mengsel, (iii) afwijkingen van de Coulombvorm in de bipolaron-polaron en polaron-polaron interactie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Statistiek en dynamica van ingeperkte fermionsystemen. 01/01/2003 - 31/12/2006

Abstract

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Statistiek en dynamica van ingeperkte fermionsystemen. 01/01/2003 - 31/12/2006

Abstract

De recente onderzoekstendensen en de op til zijnde experimenten in het domein van de ingevangen atomaire fermiongassen en multi-elektronbubbels zullen de onderzoekers in de komende jaren in staat stellen om het veelfermionsyteem waar te nemen in regimes en onder fysische voorwaarden die tot nu toe ver van bereikbaar waren. Deze evolutie zal de grenzen verleggen van onze kennis van deze systemen. Het doel van dit project is om een aantal van deze experimente theoretisch te begrijpen, om de nieuwe fases en fenomenen te voorspellen die binnen het bereik zullen komen van de experimentatoren, en om de theorie van vellfermionsystemen te formuleren voor regimes en condities die tot nu toe weing beschouwd werden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Padintegraalbehandeling van interagerende veelfermion en veelbosonsystemen. 01/10/2002 - 30/09/2004

Abstract

In de TFVS werd een model ontwikkeld om een systeem van N harmonisch interagerende identieke deeltjes (fermionen zowel als bosonen), opgesloten binnen een parabolische potentiaal en al dan niet onderhevig aan harmonische interacties of uitwendige magneetvelden, op analytische wijze te beschrijven. In het voorliggend project zullen we met deze theorie het effect van de wisselwerking tussen deeltjes met verschillende spin bestuderen. Deze studie levert het nulde-orde systeem dat zal dienen om via perturbatieve en variationele methoden meer realistische systemen te behandelen zoals quantumstippen, mesoscopische structuren en supergeleidende clusters. In een eerste stadium van het project bestuderen we de thermodynamica en de statische correlatiefuncties van een systeem van ongepolarizeerde fermionen. Het tweede stadium van het project is gericht op het nader onderzoeken van een systeem van niet-gepolarizeerde fermionen in wisselwerking met een fononenbad. Om tot een beschrijving van meer realistische systemen te komen, zullen we in een derde fase ook rekening houden met de invloed van niet-parabolische opsluitingspotentialen en van de Coulombinteractie tussen de deeltjes die niet meer analytisch beschreven kunnen worden. Hiertoe zullen we gebruik maken van variationele methoden, met name de ongelijkheid van Jensen-Feynman.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Self-assembled nanostructured materials for electronic and optoelectronic applications (NANOMAT). 01/10/2001 - 30/09/2004

Supergeleiders met nanogeconstrueerde periodische pinningsmatrices. 11/12/2000 - 11/12/2003

Abstract

Nieuwe types van periodische pinningsmatrices (PPM) zullen ontworpen worden en hun eigenschappen zullen onderzocht worden om de fluxopsluitingsfenomen van deze structuren, de verbetering van de kritische parameters en de toepassingsmogelijkheden van PPM in nieuwe fluxapparaten, te bestuderen. Nieuwe faciliteiten zullen gebruikt worden om de lengteschaal van de nanostructuur verder te reduceren tot 30 nm. Bovendien zal de integratie van zware ionen-irradiatie door een speciaal masker in het tweede stadium van het nanofabriceringsproces toelaten pinningscentra te construeren met een straal dichtbij 10nm. Door deze hoogtechnologische technieken te combineren met de kennis en expertise verworven in Vlaanderen en China, zullen de analyse en ontwerp van deze structuren efficiënt uitgevoerd worden. Het theoretische werk uitgevoerd door de groep TFVS zal toelaten de experimenten te interpreteren in reële tijd. Gebruik makende van het Ginzburg-Landau formalisme, zullen de ruimtelijke vortex-structuur en de kritische velden worden berekend voor supergeleidende structuren met PPM.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Electron-elektron en elektron-fonon wisselwerking in metalen, halfgeleiders en twee-dimensionale systemen 01/10/2000 - 30/09/2005

Abstract

In dit project wordt de dynamica van elektronen theoretisch bestudeerd, inclusief de exchange- en correlatie-wisselwerking. De diëlectrische functie wordt berekend (frequentie- en golfvector-afhankelijk) en toegepast op veel-deeltjes problemen in verschillende materialen, o.m. in metalen, halfgeleiders en heterojuncties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Opsluitingsfenomenen in nanogestructureerde supergeleiders. 01/01/2000 - 31/12/2003

Abstract

In dit onderzoeksproject zullen de opsluitingsfenomenen van de magnetische flux en van het supergeleidende condensaat (orderparameter ?) onderzocht worden. We zullen ons enerzijds richten op de opsluiting door de eindige geometrische begrenzing in kleine individuele supergeleidende eilanden met verschillende vormen (schijf, vierkant, driehoek, lijn), waarin de effecten van de begrenzing op ? en de interactie tussen een klein aantal fluxlijnen zal bestudeerd worden. Anderzijds zal fluxopsluiting gerealiseerd worden in systemen met een rooster van gecontroleerde artificiële hechtingspunten (pinningcentra), zoals holtes (antidots) of magnetische stippen. Zowel op theoretisch als experimenteel vlak zijn er reeds intense inspanningen geleverd die gericht zijn op een optimalisatie van fluxpinning aan defecten van verschillende aard en afmetingen. Door het systematisch variëren van de grootte, de vorm, het type en de verdeling van de pinningcentra, zullen de voorwaarden voor optimale pinning en kritische parameters onderzocht worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Nanostructuren : elektronische, magnetische en optische fenomenen. 01/01/1999 - 31/12/2003

Abstract

Dit project situeerd zich in het gebied van de nanowetenschappen, i.e. de studie van nieuwe fysische fenomenen die optreden wanneer de afmetingen van een systeem worden gereduceerd tot minder dan 100 nm. Nanostructuren zullen bereid worden door evaporatie- en klonterafzettingstechnieken en ze zullen gekarakteriseerd worden door bijvoorbeeld scanning probe microscopie. De fysische analyse zal zich toespitsen op metallische klonters, spin-afhankelijk transport en magnetische eigenschappen, optische eigenschappen, tweedimensionale elektrongassen en kwantumstippen, en theoretische modelering.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)