Grupa za računalnu fiziku kvantne materije

dr.sc. Petar Stipanović,
dr.sc. Andrii Gudyma,
Krešimir Dželalija mag. phys.,
Viktor Cikojević, mag. phys.

Područje istraživanja:

Razvoj i primjena kvantnih Monte Carlo metoda na materiju pri niskim temperaturama: kvantne klastere, fluide i krutine te ultrahladne atome

Opis istraživanja:

Proučava se kvantna materija, od sustava nekoliko do mnoštva čestica, s posebnim naglaskom na njihove univerzalne osobine te fenomene poput suprafluidnosti i Bose-Einsteinove kondenzacije. U istraživanju sustava na temperaturi T=0 K primjenju se metode difuzijskog Monte Carla, a na konačnim temperaturama Monte Carlo integrala po stazama. Jedan od fokusa su kvantna halo stanja, odnosno vezana stanja sustava koji se protežu daleko u klasično zabranjeno područje. Dosada su predviđena postojanja više molekula s karakteristikama kvantnih halo stanja. Pokazano je univerzalno skaliranje veličine i energije dimera i trimera, koje istražujemo za veći broj čestica. Adsorpcijom atoma na površinama ili njihovim zarobljavanjem magnetskim poljima i laserskim snopovima ostvaruju se kvantni sustavi s novim osobinama, koje nam je cilj predvidjeti i razumjeti. Posebno nas zanimaju utjecaji dimenzionalnosti i nereda na ponašanje sustava, primjerice na prijelaz suprafluid-izolator. Također, istražujemo i spin-orbit vezane sustave ultrahladnih atoma.

Kontakti s akademskim i drugim institucijama:

1) Universidad Politecnica de Catalunya, Španjolska (UPC)
2) Johannes Kelper Universitat Linz, Austrija (JKU)
3) University of Delaware, SAD (UD)

Opis dosadašnje suradnje:

Već više od 10 godina uspješno surađujemo s grupom prof. dr. sc. Jordi Boronata sa UPC u Bareloni. Bivši i sadašnji članovi grupe boravili su na stručnom usavršavanju u Barceloni. Zajednički su istraživani suprafluidni helij pri visokim tlakovima, spin-polarizirani vodik, deuterij i tricij te kvantna halo stanja, a u tijeku je istraživanje bozonskih mješavina ultrahladnih atoma.
Suradnja s JKU traje više od 15 godina, prvo s prof. dr. sc. Eckhardom Krotscheckom, a zatim s izv. prof. dr. sc. Robert E. Zillichom. Provedena su dva bilateralna hrvatsko-austrijska projekta u kojima su se istraživale osobine helijevih klastera adorbiranih na grafenu.
Voditeljica grupe je ak. god. 2013./14. kao Fulbrightova stipendistica boravila na Sveučilištu u Delaware-u te započela suradnju s Prof. dr. sc. Henry R. Glydom. Istraživani su dimenzionalnost, suprafluidnosti i Bose-Einsteinove kondenzacije helija u nanoporama metodama Monte Carla integrala po stazama. Profesori Jordi Boronat, Henry R. Glyde i Rober E. Zillich su ujedno i suradnici na HRZZ projektu UniCold.

Planovi budućih istraživanja:

Trenutna se istraživanja odvija u okviru projekta „Univerzalne osobine sustava hladnih bozonskih i fermionskih atoma (UniCold)” financiranog od strane Hrvatske zaklade za znanost. Projekt ujedno označava i dugoročni fokus na istraživanja osobina ultrahladnih atoma. projekti.pmfst.unist/unicold
Opći cilj projekta je doprinijeti razumijevanju univerzalnih osobina ‘few-body’ i ‘many-body’ sustava razvojem i primjenom Kvantnih Monte Carlo simulacija na sustave hladnih bozonskih i fermionskih atoma.
Specifični ciljevi projekta su sljedeći:
1. Utvrditi raspon univerzalnosti kvantnih halo stanja koja se sastoje od 4 ili 5 atoma s posebnim naglaskom na realistične molekularne sustave;
2. Odrediti kako nered i ograničenje mijenjaju univerzalne osobine sustava bozonskih i fermionskih atoma;
3. Razviti kontinuirane kvantne Monte Carlo simulacije za sustave sa spin-orbit vezanjem te ih primijeniti na model sustave hladnih atoma s ciljem pronalaska univerzalnih osobina.

Popis odabranih znanstvenih radova:

1. Stipanović P., Vranješ Markić L. and Boronat J. (2017). Quantum Halo States in Helium Tetramers. The Journal of Physical Chemistry, 121 (1), 308–314.
2. Stipanović P., Vranješ Markić L., Zarić D. and Boronat J. (2017). Ground-state properties of weakly bound helium-alkali trimers. The Journal of Chemical Physics 146 (1), 014305.
3. Stipanović P., Vranješ Markić L. and Boronat J. (2016). Elusive structure of helium trimers. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 49, 185101
4. Vranješ Markić L., Stipanović P., Bešlić I., Zillich. R. E. (2016). Solidification of 4He clusters adsorbed on graphene, Physical Review B, 94, 045428
5. Vidal A. J., Astrakharchik G. E., Vranješ Markić L. and Boronat J. (2016). One dimensional 1H, 2H and 3H, New J. Phys. 18, 055013.
6. Vranješ Markić L., Glyde H. R. (2015). Superfluidity, BEC, and dimensions of liquid 4He in nanopores. Phys. Rev. B 92, 064510.
7. Stipanović P., Vranješ Markić L., Bešlić I., Boronat J. (2014). Universality in molecular halo clusters. Phys. Rev. Lett., 113, 253401 (2014).
8. Vranješ Markić L., Stipanović P., Bešlić I., Zillich R. (2013). 4He clusters adsorbed on graphene. Phys. Rev. B, 88, 125416.

Područja pametne specijalizacije

• Tematsko prioritetno područje ENERGIJA I ODRŽIVI OKOLIŠ
• Potpodručje Ekološki prihvatljive tehnologije, oprema i napredni materijali
• Indikativne IRI teme
• Optimizacija korištenja resursa uključenjem novih ili naprednih materijala u pogledu proizvodnje “više s manje”