Calculations on Highly Correlated Atomic Systems


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/10/2013
End date: 31/12/2017
Funding: 3100000 SEK


Description

Kunskap om basala atomära processer är viktig för såväl den grundläggande förståelsen av vår omvärld som för utveckling av tekniska tillämpningar. Noggranna beräkningar är här ett oumbärligt komplement till experiment. Genom att jämföra teori och experiment kan vi testa vår tolkning av det fysikaliska förloppet och därmed öka vår förståelse. Dessutom kan beräkningar användas också i fall där experiment inte är möjliga. Då måste dock beräkningsmetodens tillförlitlighet först ha utsatts för kritiska experimentella tester. Ett atomärt system består i allmänhet av flera partiklar som alla växelverkar med varandra. Att beskriva ett sådant system matematiskt är ett intrikat problem som inte kan lösas exakt. Istället måste man använda sig av approximationer. Det är dock möjligt att ha god kontroll över dessa och göra beräkningar med hög precision. Vår specialitet är just förmågan att utföra beräkningar på mångpartikel-system med hög noggrannhet och vi applicerar våra metoder på ett flertal system och processer. Vår ansökan avser beräkningar inom tre områden. Det första området avser korta intensiva ljuspulsers växelverkan med atomer. Under senare år har forskare utvecklat ljuskällor som kan leverera mycket korta ljuspulser. Man talar om atto-sekundspulser, det vill säga pulser kortare än miljard-del av en mikro-sekund. Precis som höghastighetskameror givit oss möjlighet att studera till exempel ett höjdhopp i "slow motion" så kan den här nya tekniken användas för att "filma"atomära processer. En viktig skillnad är dock att medan sportbilder kräver en slutartid hos kameran på omkring en millisekund så är kravet här en "slutartid" i attosekunds-området. Det här är en spännande utveckling; istället för att bara veta slutresultatet av en process så kommer vi att kunna följa förloppet steg för steg. När experiment kan studera processer tidsupplöst på det här sättet, är det också viktigt med beräkningar för att tolka och förklara resultaten. Det andra området avser så kallade kvantprickar. Dessa är tekniska konstruktioner i halvledarmaterial. Till att börja med kan en tvådimensionell elektrongas bildas i ett gränsskikt mellan olika halvledarmaterial. Genom mikrofabrikation av metalliska kontakter och pålagda spänningar kan elektronerna sedan ytterligare lokaliseras inom en begränsad area - en prick. Denna kan nu injiceras med ett bestämt antal elektroner. Det system som då bildas liknar i mycket en atom - elektronerna kan till exempel bara röra sig i vissa "banor" - och kallas ibland också för en "artificiell atom". Kvantprickar är dock 100-1000 gånger större än atomer och till skillnad från dessa kan prickarnas egenskaper påverkas, genom materialval eller genom pålagda elektriska och magnetiska fält. Här finns en möjlighet att skräddarsy prickar för olika teknologiska tillämpningar. Vi försöker att göra tillförlitliga beräkningar på kvantprickar genom att tillämpa metoder som utvecklats för atomära mångpartikel-system. Vi modellerar sedan kvantprickarna och undersöker hur de kan ges intressanta egenskaper. Ett tredje område är supertunga element, det vill säga atomslag tyngre än vad som finns i naturen. Sådana element kan skapas i små mängder i kärnkollisioner. En viktig fråga är hur tunga element som kan existera och vad som begränsar den maximala massan. Intressant är också var dessa nya ämnen skall placeras i det periodiska systemet. När man artificiellt skapar nya element erhålls enbart några få atomer och identifikationen av elementet är mycket besvärlig. Med ny teknik är det nu möjligt att använda röntgenfotoner för detta ändamål. Röntgenfotonerna utsänds när elektroner hoppar mellan djupt liggande skal i atomen och är karaktäristiska för elementet. Vi använder relativistisk mångpartikelteori och kvantelektrodynamik för att kunna tillhandahålla precis information om vilka röntgenvåglängder som förväntas utsändas från olika supertunga element.

Last updated on 2017-22-03 at 07:12