Dipartimento di Fisica e Astronomia
“G. Galilei”
FISICA TEORICA DELLA MATERIA
Francesco Ancilotto *Luca Dell'AnnaLuca SalasnichPier 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 ultrafreddiFermioni: Gas fermionici ultrafreddi, elettroni nei solidi
(ii) Metodi di indagine:
Teoria dei campi non relativistica, Meccanica statistica quantistica, modellifenomenologici, metodi computazionali sia da principi primi cheper 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
(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
N ~ 106
Dinamica Molecolare ab-initio: quando Newton incontra Schrodinger....
Moto dei nuclei: Moto degli elettroni:
Materia = nuclei + elettroni
Simulazioni “ab initio” (ovvero senza alcun input dagli esperimenti)
Simulazioni “ab initio” (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!)
Density Functional approach to the study of Bosonic/Fermionic condensates
Example: DF for a strongly-interacting Fermionic condensate
Functional minimization of E provides the Euler-Lagrange equation:
No adjustable parameters in the theory
Collision between Fermionic condensates
Theory Experiment
Good agreement with experiment within purely dispersive dynamics (i.e. no dissipation)
time
(1)
Two superconductors separatedby a weak link: a current can flowwith no potential drop
sin( )cJ J δ φ= Same phenomenon occurs for two BECs separated by a potential barrier
aF >0 |aF| = ∞ aF<0
BEC of molecular pairs
Bosonic superfluidmade of Cooper pairs
Cold Fermi gases with tunable interaction
The BCS-BEC crossover
J J
0V∆ =
| | ie φ∆ ( )| | ie φ δφ+∆
Bosonic Josephson junctions(2)
(3)