Univerzalne osobine sustava hladnih bozonskih i fermionskih atoma
Ultrahladni plinovi nude besprimjerne mogućnosti proučavanja jako koreliranih sustava i razmatranje izazova u različitim područjima fizike. Pogodni su zbog podesivosti jačine interakcija i mogućnosti kontroliranja i istraživanja utjecaja dimenzionalnosti, nereda i kvantne statistike. Omogućavaju eksperimentalno ostvarenje kako tradicionalnih modela fizike kondenzirane materije tako i novih sustava kao što su spin-orbit vezani (SOC) bozoni.
Posebno su zanimljive njihove univerzalne osobine, koje omogućavaju uspostavljanje veza između fenomena na različitim skalama energije i duljine. Rezonantni režim s duljinom raspršenja jednakom nuli predstavlja univerzalnu jako interagirajuću unitarnu granicu, gdje su potrebna točna teorijska predviđanja koja uključuju efekte iznad teorije srednjeg polja. Kvantnim Monte Carlo(QMC) metodama moguće je točno riješiti višečestičnu Schrodingerovu jednadžbu za atome, molekule, tekućine, krutine i različite modele. U projektu ćemo dalje razviti metode te ih primijeniti na probleme sustava malog broja i mnoštva hladnih bozonskih i fermionskih atoma, s ciljem karakterizacije njihovih univerzalnih osobina. Prvo, proučit ćemo sustave malog broja čestica, fokusirajući se na realistična molekularna kvantna halo stanja, kao što su klasteri helija i alkalijskih atoma.
Cilj je utvrditi mogu li se univerzalne relacije skaliranja između energije i veličine sustava, već utvrđene na primjeru trimera, proširiti na sustave većeg broja čestica, što je važno i za halo stanja u nuklearnoj fizici. Nadalje će se proučiti bozonske i bozonsko fermionske mješavine u zamkama različitim dimenzija te u režimima slabih i jakih interakcija. Cilj je utvrditi kako ograničenje mijenja njihove univerzalne osobine. Nadalje će se istražiti utjecaj nereda. Posebno zanimljiv je prijelaz između suprafluida i izolatora kod bozonskih i bozonsko-fermionskih mješavina te lokalizacija suprafluidnosti i Bose-Einsteinove kondenzacije. Naposljetku, QMC metode ćemo dodatno razviti tako da uzimaju u obzir i spinove čestica, što će omogućiti proučavanje univerzalnosti i novih faza SOC plinova. Primjenama metode nastojat ćemo odgovoriti na pitanje kako SOC mijenja univerzalne osobine sustava malog broja čestica te kako se mijenja prijelaz između suprafluida i izolatora.
Istraživanje od lipnja 2015. financira Hrvatska zaklada za znanost putem projekta 'Univerzalne osobine sustava hladnih bozonskih i fermionskih atoma - UniCold'.
Više informacija na web stranici projekta projekti.pmfst.unist.hr/unicold
Nedavne publikacije:
- V. Cikojević, K. Dželalija, P. Stipanović, L. Vranješ Markić, J. Boronat, Ultradilute quantum liquid drops, Phys. Rev. B 97, 140502(R) (2018).
- P. Stipanović, L. Vranješ Markić, Structure of Helium-Alkali Pentamers, Few-Body Systems 45, 59 (2018).
- L. Vranješ Markić, H. Vrcan, Z. Zuhrianda, H. R. Glyde, Superfluidity, Bose-Einstein condensation, and structure in one-dimensional Luttinger liquids, Phys. Rev. B 97, 014513 (2018).
- P. Stipanović, L. Vranješ Markić and J. Boronat, Structure of Halo and Quasi-halo Helium-Helium-Alkali Trimers, Few-Body Systems, 58, 123 (2017).
- P. Stipanović, L. Vranješ Markić and J. Boronat, Quantum Halo States in Helium Tetramers, J. Phys. Chem. A, 121, 308 (2017).
- P. Stipanović, L. Vranješ Markić, D. Zarić and J. Boronat, Ground-state properties of weakly bound helium-alkali trimers, J. Chem. Phys., 146, 014305 (2017).
- P. Stipanović, L. Vranješ Markić and Jordi Boronat, Elusive structure of helium trimers, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 49 185101 (2016).
- A. J. Vidal, G. E. Astrakharchik, L .Vranješ Markić and J. Boronat, One dimensional 1H, 2H and 3H, New J. Phys. 18 055013 (2016).
- P. Stipanović, L. Vranješ Markić, I. Bešlić, J. Boronat, Universality in molecular halo clusters, Phys. Rev. Lett., 113, 253401 (2014).
Suprafluidni helij u nanoporama
Tekući 4He adsorbiran u nanoporama predstavlja gustu bozonsku tekućinu u neredu reducirane dimenzionalnosti. Cilj je odred iti efektivnu dimenzionalnost za suprafluidnost i Bose-Einsteinovu kondezaciju tekućine u porama, što može biti relevantno i za druge bozonske sustave u neredu.
Naše nedavne simulacije metodom Monte Carla integrala po stazama pokazale su da dimenzionalni prijelaz ovisi o radijusu pore. Za najuže pore, kad je helij ograničen na liniju atomskih dimenzija, primijećeno je ponašanje koje odgovara jednodimenzionalnoj Luttingerovoj tekućini. Povećanjem dijametra, helij formira cilindirčne slojeve. Korištenjem Kosterlitz-Thouless teorije predvidjeli smo dvodimenzionalno skaliranje suprafluidnosti i jedno-čestične matrice gustoće. Konačno, naši rezultati naznačili su prijelaz ka trodimenzionalnoj suprafluidnosti za dijametre veće od 32 A.
Nedavne publikacije:
- L. Vranješ Markić, H. R. Glyde, Superfluidity, BEC, and dimensions of liquid 4He in nanopores, Phys. Rev. B 92, 064510 (2015).
Adsorpcija na supstratima
Naš posljednji rad fokusirao se na adsorpcijske osobine helijevih nakupina (klastera) na jednoj i obje strane monosloja grafena. Procijenili smo utjecaj različitih modela interakcija na osobine osnovnog stanja nakupina i odredili prijelaz klastera od strukture nalik tekućoj na strukturu nalik krutoj.
Nedavne publikacije:
- L. Vranješ Markić, P. Stipanović, I. Bešlić, R. E. Zillich, Solidification of 4He clusters adsorbed on graphene, Physical Review B, 94 045428 (2016).
- L. Vranješ Markić, P. Stipanović, I. Bešlić, R. Zillich, 4He clusters adsorbed on graphene, Phys. Rev. B, 88, 125416 (2013).
