Transcript Teoria della materia condensata - Dipartimento di Fisica e Astronomia

FISICA TEORICA DELLA MATERIA
Dipartimento di Fisica e Astronomia
“G. Galilei”
Francesco Ancilotto *
Luca Dell'Anna
Luca Salasnich
Pier Luigi Silvestrelli *
Flavio Toigo *
Paolo Umari *
*Also at
CNR-IOM-DEMOCRITOS
(S.I.S.S.A. Trieste)
http://www.dfa.unipd.it/index.php?id=860
Sistemi “many-body” caratterizzati da forti
correlazione quantistiche
(i) Sistemi fisici:
Bosoni:
Elio-4 superfluido, gas bosonici ultrafreddi
Fermioni: Gas fermionici ultrafreddi,
elettroni nei solidi
(ii) Metodi di indagine:
Teoria dei campi non relativistica,
Meccanica statistica quantistica, modelli
fenomenologici, metodi computazionali
sia da principi primi che
per la soluzioni di modelli fenomenologici.
(i) Simulazioni ab initio di solidi e superfici
(Ancilotto, Silvestrelli, Toigo, Umari)
(ii) Modelli fenomenologici di gas ultra-freddi
(Ancilotto, Salasnich, Toigo)
(iii) Informazione quantistica
(Dell'Anna, Salasnich, Toigo)
(iv) Superfluidi e fenomeni non lineari, condensati
di Bose-Einstein
(Ancilotto, Dell'Anna, Salasnich, Toigo)
(v) Teorie di stati eccitati nei solidi
(Silvestrelli, Umari)
(vi) Sistemi elettronici disordinati
(Dell'Anna )
Computational methods:
two possible strategies
(i) The semi-empirical approach:
give us the phenomena and invent a model to
mimic the problem
N ~ 106
(ii) First principles or ab initio methods:
solve numerically the basic equations which
describe the problem in terms of elementary
constituents, starting from quantum theories
N ~ 1000
Dinamica Molecolare ab-initio:
quando Newton incontra Schrodinger....
Materia = nuclei + elettroni
Moto dei nuclei:
 Simulazioni “ab initio”
Moto degli elettroni:
(ovvero senza
alcun input dagli esperimenti)
Ab-initio simulations of chemical reactions
 Interaction of hydrocarbon molecules with the
Silicon surface (precursor states for SiC growth)
30 cm
20 Å
 Chemical reactions with atomic resolution
(and in real-time!)
Bose-Einstein condensation in cold gases
Experimental
realization:
Density Functional approach to the study of
Bosonic/Fermionic condensates
Example: DF for a strongly-interacting Fermionic condensate
Functional minimization of E provides the EulerLagrange equation:
(1)
Collision between
Fermionic condensates
time
Theory
Experiment
 Good agreement with experiment within purely dispersive
dynamics (i.e. no dissipation)
 No adjustable parameters in the theory
(2) Bosonic Josephson junctions
| ∆| eiφ
| ∆| ei (φ +δφ)
J
J
∆V= 0
Two superconductors separated
by a weak link: a current can flow
with no potential drop
J = Jc sin(δ φ )
 Same phenomenon occurs for two BECs
separated by a potential barrier
(3) Cold Fermi gases with tunable interaction
Bosonic superfluid
made of Cooper
pairs
BEC of
molecular pairs
aF >0

|aF| = ∞
aF<0
The BCS-BEC crossover