Projekt: META-QMS
Naziv projekta: Metastability in Quantum Materials and Simulators
Obdobje: 1. 9. 2026 - 31. 8. 2031
Vodilna organizacija: Institut "Jožef Stefan"
Sodelujoča organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko
Vodja: Denis Golež
Raziskovalna aktivnost: Fizika kondenzirane snovi
Opis projekta:
Nedavni napredki na področju laserske tehnologije, izdelave materialov in inovativnih zasnov resonatorjev so odprli možnosti za ustvarjanje metastabilnih faz v širokem naboru kvantnih materialov in simulatorjev. Ti sistemi z močno koreliranimi delci odpirajo temeljna vprašanja o neravnovesnih fazah. Kljub izjemnemu eksperimentalnemu napredku teorija še vedno ne omogoča sistematičnega opisa, razvrščanja ali napovedovanja metastabilnih faz. Obstoječe teorije se bodisi opirajo na fenomenološke opise, ki jih je težko povezati s konkretnimi sistemi, bodisi se osredotočajo na zapletene mikroskopske podrobnosti, ki pogosto zakrijejo sam mehanizem metastabilnosti. Razvoj teorije, ki bi povezala fenomenološko intuicijo s specifičnim mikroskopskim modeliranjem, bi bistveno pospešil odkrivanje novih metastabilnih faz.
Cilj tega projekta je vzpostaviti takšno teorijo z združitvijo fenomenološkega Landau-Ginzburgovega opisa in naprednih mikroskopskih računskih metod, ki temeljijo na časovno odvisni Keldysh teoriji, na primer Dinamični teoriji povprečnega polja. Ta temeljni teoretični razvoj nam bo omogočil razvrstitev različnih scenarijev metastabilnosti ter prepoznavanje njihovih značilnosti v mikroskopskih odzivnih funkcijah, kar bo omogočilo neposredno primerjavo z najsodobnejšimi eksperimentalnimi metodami.
Razviti teoretični okvir bo omogočil nadzor metastabilnosti, kar bomo teoretično ponazorili na treh aktualnih eksperimentalnih postavitvah: (a) koherentni preklopni protokoli v Mottovih izolatorjih z močno sklopitvijo s kristalno rešetko, (b) nova superradiantna faza v tokovno gnanem ekscitonskem izolatorju znotraj optičnega resonatorja ter (c) dolgožive večdelčne hibride svetlobe in snovi v kvantnem simulatorju z resonatorjem. Uresničitev teh metastabilnih stanj bi lahko omogočila razvoj prebojnih kvantnih tehnologij, kot so ultrahitri Mottovi preklopniki, napetostno nastavljivi ekscitonski laserji in kvantni pomnilniški elementi v kvantnih simulatorjih znotraj resonatorja.
Projekt bo bistveno izboljšal naše razumevanje in nadzor metastabilnosti ter odprl nove možnosti za razvoj prihodnjih kvantnih tehnologij.
