Onderzoeksgroep

Theorie van kwantumsystemen en complexe systemen

Expertise

Theoretische fysica, in het bijzonder kwantummechanica en veeldeeltjesfysica. De voornaamste toepassingsgebieden zijn kwantumgassen, superfluïditeit en supergeleiding, kwantumtheorie van de vaste stof, en kwantumstatistische fysica.

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)

Elementaire excitaties in Fermisystemen: van koude atomen tot gecondenseerde materie. 01/03/2020 - 28/02/2023

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)

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)

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)

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)

Project website

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)

Project website

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)

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)

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)

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)

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)

Ontwerp van nieuwe modellen en technieken voor rekenintensieve financiële toepassingen. 01/01/2008 - 31/12/2011

Abstract

In de internationale financiële markten vindt de afgelopen decennia een enorme groei plaats in de handel van steeds complexere producten, zoals exotische opties en interestproducten, en deze groei zet zich almaar door. Voor het beurs- en bankwezen is het van cruciaal belang deze producten nauwkeurig, en zo snel mogelijk, te kunnen prijzen. De simulatie van de huidige gesofistikeerde prijsmodellen is vaak echter zeer rekenintensief wanneer klassieke technieken zoals Monte-Carlo methoden of binomiale bomen worden gebruikt, en praktische analytische prijsformules zijn meestal niet voorhanden. In dit project richten wij ons op nieuwe modellen en technieken voor het robuust en efficiënt prijzen van moderne financiële producten. We onderzoeken twee complementaire aanpakken: de eerste is gebaseerd op partiële differentiaalvergelijkingen en de tweede op kwantummechanische padintegralen. Bij de eerste aanpak zullen operator-splitmethoden en roostervrije methoden worden beschouwd voor de effectieve numerieke oplossing van deze, vaak meerdimensionale, vergelijkingen. Bij de tweede aanpak zullen padintegraalformules voor financiële producten worden onderzocht door gebruik te maken van de huidige theorie van fysische veeldeeltjessystemen en van de comonotoniciteitscoëfficiënt. De ontwikkelde modellen en computationele technieken zullen steeds onderling worden gevalideerd.

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)

Nanoschaal condensaat- en fluxopsluiting in supergeleiders. 01/01/2006 - 31/12/2009

Abstract

Het project situeert zich in het gebied van nanoschaal opsluiting van het condensaat en de flux in supergeleiders en supergeleider/ferromagneet hybriden. Het project zal zich toespitsen op de volgende belangrijke nieuwe onderwerpen : - nanoschaal evolutie van Tc en de energiekloof in individuele 3D-structuren; - controleren van de vortexpatronen en komen tot vortexmanipulatie in supergeleiders en S/F-hybriden met nanoschaal pinningcentra.

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)

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)

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 de dynamica van ingeperkte veelbosen- en veelfermionsystemen. 01/10/2000 - 30/09/2003

Abstract

Het doel van dit project is om (1) een padintegraaltheorie te ontwikkelen om de dynamische eigenschappen en de respons van veelbosonsystemen en veelfermionsystemen te beschrijven, en (2) hiermee in te spelen op de actuele ontwikkelingen in het gebied van Bose-Einstein condensatie (door een beschrijving van vorticiteit en bijdragen aan de theorie van de atoomlaser) en in de studie van kwantumstippen en het veelpolaronsysteem.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

    Padintegraalbehandeling van veelboson- of veelfermionsystemen met interactie. 01/10/1998 - 30/09/2000

    Abstract

    Gutzwiller's spoorformule laat toe om een benaderde uitdrukking op te stellen voor de propagator, uitgaande van een expansie van de actie-integraal in de omgeving van de klassieke periodieke trajecten. Het doel van het voorgestelde project is de studie van deze methode, en de toepassing ervan op problemen uit de vaste stof fysica, in het bijzonder het polaron-probleem.

    Onderzoeker(s)

    Onderzoeksgroep(en)

      Studie van polaron- en multipolaron systemen en hun relevantie bij hoge temperatuur supergeleiding met behulp van het Feynman pad integraal formalisme van de quantummechanica. 01/10/1996 - 30/09/1998

      Abstract

      Gutzwiller's spoorformule laat toe om een benaderde uitdrukking op te stellen voor de propagator, uitgaande van een expansie van de actie-integraal in de omgeving van de klassieke periodieke trajecten. Het doel van het voorgestelde project is de studie van deze methode, en de toepassing ervan op problemen uit de vaste stof fysica, in het bijzonder het polaron-probleem.

      Onderzoeker(s)

      Onderzoeksgroep(en)

        De rol van periodieke banen in de padintegraalformulering van de quantumtheorie, toegepast in veldentheoretische problemen uit de vaste stof fysica. 01/10/1995 - 30/09/1996

        Abstract

        Gutzwiller's spoorformule laat toe om een benaderde uitdrukking op te stellen voor de propagator, uitgaande van een expansie van de actie-integraal in de omgeving van de klassieke periodieke trajecten. Het doel van het voorgestelde project is de studie van deze methode, en de toepassing ervan op problemen uit de vaste stof fysica, in het bijzonder het polaron-probleem.

        Onderzoeker(s)

        Onderzoeksgroep(en)