Φυσική Συμπυκνωμένης Ύλης

Γλώσσα Ελληνικά

Η ομάδα φυσικής συμπυκνωμένης ύλης περιλαμβάνει τα ακόλουθα μέλη ΔΕΠ: Κ. Μακρή, Γ. Σιβίλογλου, Σ. Σωτηριάδη, Γ. Τσιρώνη, καθώς και τους ομότιμους καθηγητές Ε. Οικονόμου, Ν. Φλυτζάνη και Ξ. Ζώτο, μαζί με μεταδιδακτορικούς συνεργάτες, διδακτορικούς και μεταπτυχιακούς φοιτητές, και επισκέπτες. Η ομάδα έχει ισχυρή ερευνητική παράδοση με πολλές διεθνείς συνεργασίες σε διάφορους τομείς της φυσικής συμπυκνωμένης ύλης. Διοργανώνει τακτικά διεθνή συνέδρια και εργαστήρια που φιλοξενούν καταξιωμένους ερευνητές από όλο τον κόσμο.

Κύριες ερευνητικές κατευθύνσεις

Ένας από τους κύριους στόχους της φυσικής συμπυκνωμένης ύλης είναι η κατανόηση της μακροσκοπικής συμπεριφοράς της ύλης. Ξεκινώντας από τις θεμελιώδεις μικροσκοπικές ιδιότητες των σωματιδίων που συνιστούν την ύλη και των αλληλεπιδράσεών τους, και εφαρμόζοντας τις βασικές αρχές της κβαντικής και στατιστικής μηχανικής, η φυσική συμπυκνωμένης ύλης μπορεί να εξηγήσει με ακρίβεια τις θερμοδυναμικές και υλικές ιδιότητες τέτοιων πολύπλοκων συστημάτων σε συμφωνία με τα πειράματα. Έτσι, μπορούν να σχεδιαστούν και να εφαρμοστούν νέα υλικά και διατάξεις (από μικροσκοπική έως μεσοσκοπική κλίμακα), παρέχοντας εφαρμογές σε πολλούς τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας. Από την ανακάλυψη των τρανζίστορ, της ηλεκτρονικής και των ημιαγωγών έως τη στατιστική μηχανική πολύπλοκων συστημάτων και τα υπεραγώγιμα qubits που χρησιμοποιούνται στους κβαντικούς υπολογιστές, η φυσική συμπυκνωμένης ύλης έχει ένα εκπληκτικά ευρύ φάσμα εφαρμογών. Αυτό το εξαιρετικό χαρακτηριστικό της καθιστά αυτόν τον τομέα της φυσικής συναρπαστικό από άποψη θεμελιώδους έρευνας, ενώ ταυτόχρονα βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της τεχνολογικής προόδου και καινοτομίας.

Οι θεωρητικές και πειραματικές δραστηριότητες των μελών ΔΕΠ καλύπτουν διάφορους τομείς της σύγχρονης φυσικής συμπυκνωμένης ύλης και μπορούν να συνοψιστούν στις ακόλουθες πέντε κύριες κατευθύνσεις:

Κβαντική φυσική πολλών σωμάτων

Η κβαντική φυσική πολλών σωμάτων βρίσκεται στη διασταύρωση της θεμελιώδους επιστήμης και επαναστατικών τεχνολογιών αιχμής, όπως οι κβαντικοί υπολογιστές και οι κβαντικές διατάξεις. Οι αλληλεπιδράσεις σωματιδίων και οι ισχυρές συσχετίσεις τους παίζουν καθοριστικό ρόλο σε αυτά τα συστήματα και η μελέτη τους βρίσκεται στον πυρήνα αυτού του ερευνητικού πεδίου. Τα θέματα της έρευνας περιλαμβάνουν:

Κβαντικά συστήματα ισχυρής συσχέτισης
Σχετικιστικές κβαντικές θεωρίες πεδίου ως κβαντικά μοντέλα πολλών σωμάτων
Δυναμική εκτός ισορροπίας: κβαντικές αποσβέσεις και κβαντική μεταφορά
Κβαντικό χάος – Θεωρία τυχαίων πινάκων
Ολοκληρωσιμότητα
Κβαντική εργοδικότητα και θερμοποίηση
Κλασική προσομοίωση με δίκτυα τανυστών

Μη γραμμική και φυσική της πολυπλοκότητας

Σε ημικλασικό επίπεδο οι αλληλεπιδράσεις οδηγούν σε συμπεριφορές όπως η μη γραμμικότητα και η πολυπλοκότητα, που είναι θεμελιώδους σημασίας για μια ευρεία κατηγορία φαινομένων. Τα θέματα έρευνας περιλαμβάνουν:

Σολιτόνια, breathers, χάος, μη γραμμικά κύματα και αστάθειες
Κβαντική / Κλασική και εκτός ισορροπίας στατιστική μηχανική
Κβαντικά μεταϋλικά, δυναμική uxon σε υπεραγώγιμες επαφές Josephson
Φωτονικοί κρύσταλλοι/πλέγματα, θεωρία τοπολογικών ζωνών, τοπολογικοί μονωτές
Φυσική ατάκτων συστημάτων – Εντοπισμός Άντερσον

Μη Ερμιτιανή Φυσική

Η μη-Ερμιτιανή φυσική μελετά κλασικά και κβαντικά συστήματα που είναι ανοικτά και αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον. Τέτοια ανοικτά συστήματα περιγράφονται από μη-Ερμιτιανούς τελεστές και ο έλεγχος της ανοικτότητάς τους παρέχει έναν νέο βαθμό ελευθερίας που δεν είχε αξιοποιηθεί ποτέ στο παρελθόν. Έτσι, η μη-Ερμιτιανή φυσική είναι ένα από τα σύγχρονα πεδία έρευνας της φωτονικής, της τοπολογικής συμπυκνωμένης ύλης και των ανοικτών κβαντικών συστημάτων. Τα θέματα έρευνας περιλαμβάνουν:

Σπάσιμο συμμετρίας ισοτιμίας-χρόνου
Φυσική εξαιρετικών σημείων
Μη Ερμιτιανά κβαντικά συστήματα
Μη Ερμιτιανή φωτονική
Non-selfadjoint τελεστές, ψευδοφάσματα και θεωρία τυχαίων πινάκων

Κβαντικοί προσομοιωτές με ψυχρά άτομα

Οι κβαντικοί προσομοιωτές είναι ένας τομέας έρευνας με έντονη δραστηριότητα που βρίσκεται στο σταυροδρόμι της συμπυκνωμένης ύλης και της ατομικής φυσικής. Τα ψυχρά άτομα έχουν αναδειχθεί πραγματικά ως μια εξαιρετική πειραματική πλατφόρμα για την προσομοίωση κβαντικών μοντέλων που δεν μπορούν να επιλυθούν αναλυτικά, και έχουν διαδραματίσει βασικό ρόλο στην ανάπτυξη νέων κβαντικών τεχνολογιών. Τα θέματα έρευνας περιλαμβάνουν:

Θεωρία και πειράματα συστημάτων ψυχρών ατόμων που προσομοιώνουν το μοντέλο Bose Hubbard, το μοντέλο Hofstadter και το μοντέλο sine-Gordon
Κβαντικά αέρια με σύζευξη σπιν-τροχιάς
Συνθετικά μαγνητικά πεδία
Ατομικά μικροσκόπια
Τεχνολογία ατομικών τσιπ

Μαγνητικά υλικά-Μαγνητισμός

Ο μαγνητισμός είναι ένα δραστήριο πεδίο έρευνας στη φυσική συμπυκνωμένης ύλης και ασχολείται με τις ιδιότητες των υλικών που παρουσιάζουν ενδιαφέρουσα μαγνητική συμπεριφορά. Τα θέματα έρευνας περιλαμβάνουν:

Κβαντικός μαγνητισμός
Σκυρμιόνια, μαγνόνια, αλληλεπιδράσεις μαγνονίων-φωτονίων
Νανομαγνητισμός
Σπιντρονική
Μεταφορά και θερμικές επιδράσεις

Πολύπλοκα συστήματα και τεχνητή νοημοσύνη

Τα πολύπλοκα συστήματα αναλύονται με τη χρήση εργαλείων τεχνητής νοημοσύνης προκειμένου να αυξηθεί η προβλεψιμότητα. Οι χίμαιρες είναι χωροχρονικές δομές όπου συνυπάρχουν χαοτικά και κανονικά μέρη. Οι τεχνικές μηχανικής μάθησης επιτρέπουν την ανάλυσή τους και τη μελλοντική πρόβλεψη. Τα θέματα έρευνας περιλαμβάνουν:

Μηχανική μάθηση με βάση τη φυσική
Κβαντικά νευρωνικά δίκτυα
SQUID και τυρβώδεις χίμαιρες
Διακριτά Breathers
Βιολογική και ιατρική φυσική

Οι ερευνητικές δραστηριότητες του τμήματος συνδέονται στενά μέσω ενεργών συνεργασιών με το Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ (ΙΗΔΛ) του ΙΤΕ, το Ινστιτούτο Θεωρητικής και Υπολογιστικής Φυσικής (ITCP) και το Κέντρο Κβαντικής Πολυπλοκότητας και Νανοτεχνολογίας Κρήτης (CCQCN).

Σχετικά προπτυχιακά και μεταπτυχιακά μαθήματα

Εκτός από τα σχετικά υποχρεωτικά μαθήματα, υπάρχουν αρκετά μαθήματα επιλογής που σχετίζονται με τους ερευνητικούς τομείς της ομάδας φυσικής συμπυκνωμένης ύλης. Αυτά είναι τα εξής: