Descrizione del modulo "Many-Body Quantum Field Theory: Phenomenology and Applications to Crystals (ICT.P11.001.002)"

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  • Descrizione del modulo "Many-Body Quantum Field Theory: Phenomenology and Applications to Crystals (ICT.P11.001.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • 1) Predizione di nuove funzionalità per sistemi su nanoscala e materiali avanzati: punti quantici, biomolecole, e nanofili di carbonio; 2) ingegneria di nuovi dispositivi per applicazioni specifiche dipendenti dalla comprensione della eccitazione prodotta da irraggiamento mediante luce, fasci elettronici e moderne sorgenti fotoniche (sincrotroni, laser ultra veloci); 3) reazioni dell' ambiente alle risposte elettroniche; 4) analisi di dati sperimentali (ellissometria, EELS, Raman, IR, NMR, X-Ray, ARPES, STS, trasporto I/V, etc.). (literal)
Tematiche di ricerca
  • La Scienza e le tecnologie moderne nel campo della Cristallografia e, più in generale, in quello degli Stati Condensati della materia richiedono oggi un uso intensivo ed avanzato di modelli fisico/matematici e di simulazione numerica. Questo modulo si propone di raccogliere ricerche di alto livello in tali settori che, per il loro valore scientifico e la potenziale ricaduta applicativa sul resto della comunità scientifica meritano di ricevere adeguato supporto. La proposta di ricerca è costituita dalle seguenti attività: 1) sviluppo di una teoria di campo efficace che descriva i condensati cristallini; 2) sviluppo di modelli teorici per lo studio di fenomeni in condensati cristallini; 3) sviluppo di tecniche di calcolo per le configurazioni cristalline di stati condensati in teorie di campo di gauge. (literal)
Competenze
  • 1) Teorie di Campo: fenomenologia, Teorie Efficaci e tecniche di calcolo a temperatura zero ed a temperatura finita. 2) Fisica Teorica degli Stati Condensati della Materia: fenomenologia, approcci quantistici \"ab initio\" ed implementazione di algoritmi per lo studio di sistemi complessi (materiali, rivelatori, dati sperimentali). 3) Tecniche di calcolo numerico applicate allo studio di sistemi complessi. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • 1) Stoccaggio ottico di dati e DVD riscrivibili; 2) Nanoelettronica; 3) ricostruzione di superfici; 4) nuovi materiali per celle solari; 5) \"marker\" biologici (ad es. la famiglia della proteina verde fluorescente). (Fonte: European Theoretical Spectroscopy Facility. URL: http://www.etsf.eu) (literal)
Obiettivi
  • Una Lagrangiana Efficace fornisce un quadro affidabile entro cui un calcolo completo fenomenologico delle proprietà di stato eccitato di sistemi complessi realistici in materia condensata può essere affrontato. Tale approccio è stato ampiamente utilizzato e sviluppato nell' ambito della Fisica delle Alte Energie ed è un campo di ricerca ancora attivo. All' interno di questa nuova Teoria Efficace/fenomenologica della MBQFT, il modulo di ricerca intende affrontare il calcolo delle correzioni di vertice in modo appropriato. Infatti nell' ambito di un approccio fenomenologico, la correzioni di vertice possono essere introdotte più facilmente e tenute in conto pienamente risolvendo la tradizionale equazione di Bethe'Salpeter, una ben nota equazione integro-differenziale che descrive stati legati di diversi sitemi fisici. Le correzioni di vertice sono cruciali nel riprodurre gli spettri ottici/Auger, le posizioni dei satelliti delle funzioni spettrali misurate in esperimenti di Spettroscopia di Fotoemissione Risolta in Angolo, nonché la Fisica dei sistemi fortemente correlati (Lantanidi/Attinidi, ossidi di metalli di transizione, superconduttori ad alta temperatura). (literal)
Stato dell'arte
  • La Teoria del Funzionale della Densità (DFT) si è rivelata, negli ultimi trent'anni, una Teoria a Molti-Corpi di grande successo per calcolare le proprietà di stato fondamentale dei sistemi di materia condensata, dai solidi 3D agli atomi in 0D. Le predizioni della DFT sulle proprietà di stato fondamentale (energia totale e struttura cristallografica) sono in ottimo accordo con i valori misurati sperimentalmente. Tuttavia la predizione teorica delle proprietà di stato eccitato della materia condensata (struttura elettronica e spettri ottici/dielettrici) rappresenta ancora una sfida. Invero, la DFT non è, in principio, la teoria esatta per calcolare le eccitazioni ed altri formalismi andrebbero recuperati all' uopo. Uno di essi è la Teoria del Funzionale della Densità Dipendente dal Tempo (TDDFT), un' estensione della DFT che considera le perturbazioni esterne che eccitano il sistema. Difficoltà a fornire una risposta definitiva al problema posto derivano dalla implementazione delle giuste approssimazioni nelle quantità incognite della Teoria, come il funzionale di scambio-correlazione. L' Approssimazione di Densità Locale (LDA) sembra infatti funzionare solo nel caso statico. (literal)
Tecniche di indagine
  • Un possibile approccio \"ab initio\" alle proprietà di stato eccitato è rappresentato dalla Teoria Quantistica di Campo a Molti-Corpi (MBQFT). Al di là degli approcci perturbativi a questa teoria, che si sono dimostrati insufficienti, l' approccio funzionale ha portato alla formulazione delle equazioni di Hedin, un insieme autoconsistente di cinque equazioni integro-differenziali. L' approssimazione GW, consistente nello trascurare le correzioni di vertice, ha condotto ad una soluzione approssimata delle eqq. di Hedin. Negli ultimi venti anni tale approssimazione si è rivelata un approccio efficace nel predire le eccitazioni elettroniche misurate sperimentalmente in Spettroscopia di Fotoemissione. Ulteriori approssimazioni, come quella dell' approccio \"ab initio\" di Bethe'Salpeter, hanno riprodotto anche gli spettri ottici. In questo modulo si vogliono esplorare nuovi metodi promettenti nella MBQFT mediante la formulazione di una Teoria Efficace fenomenologica che semplifichi il problema integrando i gradi di libertà non rilevanti. (literal)
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