Tahkiseteooria labor | Tartu Ülikooli Füüsika Instituut
AAA

TÜ üksuste kontaktandmed

humanitaarteaduste ja kunstide valdkond
Faculty phone: 
(+372) 737 5341
Faculty address: 
Jakobi 2 - 116-121, 51014, Tartu
  • valdkonna dekanaat
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5341
    Faculty address: 
    Jakobi 2, ruumid 116 - 121, 51014, Tartu
  • ajaloo ja arheoloogia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5651
    Faculty address: 
    Jakobi 2, 51014, Tartu
  • eesti ja üldkeeleteaduse instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5221
    Faculty address: 
    Jakobi 2, IV korrus, 51014, Tartu
  • filosoofia ja semiootika instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5314
    Faculty address: 
    Jakobi 2, III korrus, ruumid 309-352, 51014, Tartu
  • kultuuriteaduste instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5223
    Faculty address: 
    Ülikooli 16, 51003, Tartu
  • maailma keelte ja kultuuride kolledž
    Faculty address: 
    Lossi 3, 51003, Tartu
  • usuteaduskond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5300
    Faculty address: 
    Ülikooli 18-310, 50090, Tartu
  • Viljandi kultuuriakadeemia
    Faculty phone: 
    (+372) 435 5232
    Faculty address: 
    Posti 1, 71004, Viljandi
sotsiaalteaduste valdkond
Faculty phone: 
(+372) 737 5957
Faculty address: 
Lossi 36, 51003, Tartu
  • valdkonna dekanaat
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5900
    Faculty address: 
    Lossi 36, 51003, Tartu
  • haridusteaduste instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6440
    Faculty address: 
    Salme 1a, ruum 29, 50103, Tartu
  • Johan Skytte poliitikauuringute instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5582
    Faculty address: 
    Lossi 36, ruum 301, 51003, Tartu
  • majandusteaduskond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6310
    Faculty address: 
    J. Liivi 4, 50409, Tartu
  • psühholoogia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5902
    Faculty address: 
    Näituse 2, 50409, Tartu
  • õigusteaduskond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5390
    Faculty address: 
    Näituse 20, 50409, Tartu
  • ühiskonnateaduste instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5188
    Faculty address: 
    Lossi 36, 51003, Tartu
  • Narva kolledž
    Faculty phone: 
    (+372) 740 1900
    Faculty address: 
    Raekoja plats 2, 20307, Narva
  • Pärnu kolledž
    Faculty phone: 
    (+372) 445 0520
    Faculty address: 
    Ringi 35, 80012, Pärnu
meditsiiniteaduste valdkond
Faculty phone: 
(+372) 737 5326
Faculty address: 
Ravila 19, 50411, Tartu
  • valdkonna dekanaat
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5326
    Faculty address: 
    Ravila 19, 50411, Tartu
  • bio- ja siirdemeditsiini instituut
    Faculty phone: 
    +(372) 737 4210
    Faculty address: 
    Biomeedikum, Ravila 19, 50411, Tartu
  • farmaatsia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5286
    Faculty address: 
    Nooruse 1, 50411, Tartu
  • hambaarstiteaduse instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 731 9856
    Faculty address: 
    Raekoja plats 6, 51003, Tartu
  • kliinilise meditsiini instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5323
    Faculty address: 
    L. Puusepa 8, 51014, Tartu, Eesti
  • peremeditsiini ja rahvatervishoiu instituut
    Faculty phone: 
    +(372) 737 4190
    Faculty address: 
    Ravila 19, 50411 Tartu
  • sporditeaduste ja füsioteraapia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5360
    Faculty address: 
    Jakobi 5-205, 51014, Tartu
loodus- ja täppisteaduste valdkond
Faculty phone: 
(+372) 737 5820
Faculty address: 
Vanemuise 46-208, 51014, Tartu
  • valdkonna dekanaat
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5820
    Faculty address: 
    Vanemuise 46 - 208, 51014, Tartu
  • arvutiteaduse instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5445
    Faculty address: 
    J. Liivi 2, 50409, Tartu
  • Eesti mereinstituut
    Faculty phone: 
    (+372) 671 8902
    Faculty address: 
    Mäealuse 14, 12618, Tallinn
  • füüsika instituut
    Faculty address: 
    W. Ostwaldi tn 1, 50411, Tartu
  • keemia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5261
    Faculty address: 
    Ravila 14a, 50411, Tartu
  • matemaatika ja statistika instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5860
    Faculty address: 
    J. Liivi 2, 50409, Tartu
  • molekulaar- ja rakubioloogia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5011
    Faculty address: 
    Riia 23, 23b-134, 51010, Tartu
  • tehnoloogiainstituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 4800
    Faculty address: 
    Nooruse 1, 50411, Tartu
  • ökoloogia ja maateaduste instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5835
    Faculty address: 
    Vanemuise 46, 51014, Tartu
Asutused
  • raamatukogu
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5702
    Faculty address: 
    W.Struve 1, 50091, Tartu
  • teaduskool
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5581
    Faculty address: 
    Lossi 38, 51003, Tartu
  • Eesti geenivaramu
    Faculty phone: 
    (+372) 737 4000
    Faculty address: 
    Riia 23b, 51010, Tartu
  • muuseum
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5674
    Faculty address: 
    Lossi 25, 51014, Tartu
  • loodusmuuseum ja botaanikaaed
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6076
    Faculty address: 
    Vanemuise 46, 51014, Tartu
Tugiüksused
  • infotehnoloogia osakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6000, arvutiabi: 737 5500
    Faculty address: 
    Ülikooli 18a, 51014, Tartu
  • kantselei
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5606
    Faculty address: 
    Ülikooli 18a, 51014, Tartu
  • kinnisvaraosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5137
    Faculty address: 
    Ülikooli 18a, 51014, Tartu
  • personaliosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5145
    Faculty address: 
    Ülikooli 18, ruumid 302 ja 304, 50090, Tartu
  • rahandusosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5125
    Faculty address: 
    Jakobi 4, 51014, Tartu
  • rektoraadi büroo
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5600
    Faculty address: 
    Ülikooli 18, 51014, Tartu
  • siseauditi büroo
    Faculty address: 
    Ülikooli 17-114, 51014, Tartu
  • Tallinna esindus
    Faculty phone: 
    737 6600
    Faculty address: 
    Teatri väljak 3, 10143 Tallinn
  • teadus- ja arendusosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6192
    Faculty address: 
    Lossi 3, III korrus, 51003, Tartu
  • turundus- ja kommunikatsiooniosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5687
    Faculty address: 
    Ülikooli 18, ruum 210, 50090, Tartu
  • õppeosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6215
    Faculty address: 
    Ülikooli 18, 50090, Tartu
  • üliõpilasesindus
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5400
    Faculty address: 
    Ülikooli 18b, 51014, Tartu
Muud üksused
  • MTÜ Tartu Ülikooli Akadeemiline Spordiklubi
    Faculty phone: 
    +372 737 5371
    Faculty address: 
    Ujula 4, 51008 Tartu
  • MTÜ Tartu Üliõpilasküla
    Faculty phone: 
    +372 740 9959
    Faculty address: 
    Narva mnt 25, 51013 Tartu
  • MTÜ Tartu Üliõpilasmaja
    Faculty phone: 
    +372 730 2400
    Faculty address: 
    Kalevi 24, Tartu
  • OÜ Tartu Ülikooli Kirjastus
    Faculty phone: 
    +372 737 5945
    Faculty address: 
    W. Struve 1, 50091 Tartu
  • Sihtasutus Tartu Ülikooli Kliinikum
    Faculty phone: 
    +372 731 8111
    Faculty address: 
    L. Puusepa 1a, 50406 Tartu
  • Tartu Ülikooli Sihtasutus
    Faculty phone: 
    +372 737 5852
    Faculty address: 
    Ülikooli 18a-106, Tartu

TÜ üksuste kontaktandmed

humanitaarteaduste ja kunstide valdkond
Faculty phone: 
(+372) 737 5341
Faculty address: 
Jakobi 2 - 116-121, 51014, Tartu
  • valdkonna dekanaat
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5341
    Faculty address: 
    Jakobi 2, ruumid 116 - 121, 51014, Tartu
  • ajaloo ja arheoloogia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5651
    Faculty address: 
    Jakobi 2, 51014, Tartu
  • eesti ja üldkeeleteaduse instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5221
    Faculty address: 
    Jakobi 2, IV korrus, 51014, Tartu
  • filosoofia ja semiootika instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5314
    Faculty address: 
    Jakobi 2, III korrus, ruumid 309-352, 51014, Tartu
  • kultuuriteaduste instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5223
    Faculty address: 
    Ülikooli 16, 51003, Tartu
  • maailma keelte ja kultuuride kolledž
    Faculty address: 
    Lossi 3, 51003, Tartu
  • usuteaduskond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5300
    Faculty address: 
    Ülikooli 18-310, 50090, Tartu
  • Viljandi kultuuriakadeemia
    Faculty phone: 
    (+372) 435 5232
    Faculty address: 
    Posti 1, 71004, Viljandi
sotsiaalteaduste valdkond
Faculty phone: 
(+372) 737 5957
Faculty address: 
Lossi 36, 51003, Tartu
  • valdkonna dekanaat
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5900
    Faculty address: 
    Lossi 36, 51003, Tartu
  • haridusteaduste instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6440
    Faculty address: 
    Salme 1a, ruum 29, 50103, Tartu
  • Johan Skytte poliitikauuringute instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5582
    Faculty address: 
    Lossi 36, ruum 301, 51003, Tartu
  • majandusteaduskond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6310
    Faculty address: 
    J. Liivi 4, 50409, Tartu
  • psühholoogia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5902
    Faculty address: 
    Näituse 2, 50409, Tartu
  • õigusteaduskond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5390
    Faculty address: 
    Näituse 20, 50409, Tartu
  • ühiskonnateaduste instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5188
    Faculty address: 
    Lossi 36, 51003, Tartu
  • Narva kolledž
    Faculty phone: 
    (+372) 740 1900
    Faculty address: 
    Raekoja plats 2, 20307, Narva
  • Pärnu kolledž
    Faculty phone: 
    (+372) 445 0520
    Faculty address: 
    Ringi 35, 80012, Pärnu
meditsiiniteaduste valdkond
Faculty phone: 
(+372) 737 5326
Faculty address: 
Ravila 19, 50411, Tartu
  • valdkonna dekanaat
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5326
    Faculty address: 
    Ravila 19, 50411, Tartu
  • bio- ja siirdemeditsiini instituut
    Faculty phone: 
    +(372) 737 4210
    Faculty address: 
    Biomeedikum, Ravila 19, 50411, Tartu
  • farmaatsia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5286
    Faculty address: 
    Nooruse 1, 50411, Tartu
  • hambaarstiteaduse instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 731 9856
    Faculty address: 
    Raekoja plats 6, 51003, Tartu
  • kliinilise meditsiini instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5323
    Faculty address: 
    L. Puusepa 8, 51014, Tartu, Eesti
  • peremeditsiini ja rahvatervishoiu instituut
    Faculty phone: 
    +(372) 737 4190
    Faculty address: 
    Ravila 19, 50411 Tartu
  • sporditeaduste ja füsioteraapia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5360
    Faculty address: 
    Jakobi 5-205, 51014, Tartu
loodus- ja täppisteaduste valdkond
Faculty phone: 
(+372) 737 5820
Faculty address: 
Vanemuise 46-208, 51014, Tartu
  • valdkonna dekanaat
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5820
    Faculty address: 
    Vanemuise 46 - 208, 51014, Tartu
  • arvutiteaduse instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5445
    Faculty address: 
    J. Liivi 2, 50409, Tartu
  • Eesti mereinstituut
    Faculty phone: 
    (+372) 671 8902
    Faculty address: 
    Mäealuse 14, 12618, Tallinn
  • füüsika instituut
    Faculty address: 
    W. Ostwaldi tn 1, 50411, Tartu
  • keemia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5261
    Faculty address: 
    Ravila 14a, 50411, Tartu
  • matemaatika ja statistika instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5860
    Faculty address: 
    J. Liivi 2, 50409, Tartu
  • molekulaar- ja rakubioloogia instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5011
    Faculty address: 
    Riia 23, 23b-134, 51010, Tartu
  • tehnoloogiainstituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 4800
    Faculty address: 
    Nooruse 1, 50411, Tartu
  • ökoloogia ja maateaduste instituut
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5835
    Faculty address: 
    Vanemuise 46, 51014, Tartu
Asutused
  • raamatukogu
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5702
    Faculty address: 
    W.Struve 1, 50091, Tartu
  • teaduskool
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5581
    Faculty address: 
    Lossi 38, 51003, Tartu
  • Eesti geenivaramu
    Faculty phone: 
    (+372) 737 4000
    Faculty address: 
    Riia 23b, 51010, Tartu
  • muuseum
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5674
    Faculty address: 
    Lossi 25, 51014, Tartu
  • loodusmuuseum ja botaanikaaed
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6076
    Faculty address: 
    Vanemuise 46, 51014, Tartu
Tugiüksused
  • infotehnoloogia osakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6000, arvutiabi: 737 5500
    Faculty address: 
    Ülikooli 18a, 51014, Tartu
  • kantselei
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5606
    Faculty address: 
    Ülikooli 18a, 51014, Tartu
  • kinnisvaraosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5137
    Faculty address: 
    Ülikooli 18a, 51014, Tartu
  • personaliosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5145
    Faculty address: 
    Ülikooli 18, ruumid 302 ja 304, 50090, Tartu
  • rahandusosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5125
    Faculty address: 
    Jakobi 4, 51014, Tartu
  • rektoraadi büroo
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5600
    Faculty address: 
    Ülikooli 18, 51014, Tartu
  • siseauditi büroo
    Faculty address: 
    Ülikooli 17-114, 51014, Tartu
  • Tallinna esindus
    Faculty phone: 
    737 6600
    Faculty address: 
    Teatri väljak 3, 10143 Tallinn
  • teadus- ja arendusosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6192
    Faculty address: 
    Lossi 3, III korrus, 51003, Tartu
  • turundus- ja kommunikatsiooniosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5687
    Faculty address: 
    Ülikooli 18, ruum 210, 50090, Tartu
  • õppeosakond
    Faculty phone: 
    (+372) 737 6215
    Faculty address: 
    Ülikooli 18, 50090, Tartu
  • üliõpilasesindus
    Faculty phone: 
    (+372) 737 5400
    Faculty address: 
    Ülikooli 18b, 51014, Tartu
Muud üksused
  • MTÜ Tartu Ülikooli Akadeemiline Spordiklubi
    Faculty phone: 
    +372 737 5371
    Faculty address: 
    Ujula 4, 51008 Tartu
  • MTÜ Tartu Üliõpilasküla
    Faculty phone: 
    +372 740 9959
    Faculty address: 
    Narva mnt 25, 51013 Tartu
  • MTÜ Tartu Üliõpilasmaja
    Faculty phone: 
    +372 730 2400
    Faculty address: 
    Kalevi 24, Tartu
  • OÜ Tartu Ülikooli Kirjastus
    Faculty phone: 
    +372 737 5945
    Faculty address: 
    W. Struve 1, 50091 Tartu
  • Sihtasutus Tartu Ülikooli Kliinikum
    Faculty phone: 
    +372 731 8111
    Faculty address: 
    L. Puusepa 1a, 50406 Tartu
  • Tartu Ülikooli Sihtasutus
    Faculty phone: 
    +372 737 5852
    Faculty address: 
    Ülikooli 18a-106, Tartu

Tahkiseteooria labor

Asukoht: W. Ostwaldi 1 Tartu
B-korpuse 3. korrus

Labori töötajad

Labori uurimistöö põhisuund on kondenseeritud aine teooria. Uuritakse magnetnähtusi ja kvantostsillatsioone kõrgtemperatuurses ülijuhtivuses, kristallvõre mittelineaarset dünaamikat, võnkesolitone, kristallidefektide moodustumist (tähelepanuga materjalide kiirguskindlusel), grafeeni ja süsiniknanotorude liitstruktuure, singulaarset optikat ning mittelineaarset kvantoptikat. Luuakse uusi meetodeid tahkiste numbriliseks modelleerimiseks. Eesmärgiks on kristallide, klaaside, heterostruktuuride ja nanostruktuuride omaduste uurimine ja ennustamine.

Uurimisteemad

Teoreetiline materjalifüüsika

Kasutades kaasaegseid arvutusvõimalusi rakendame esmastest printsiipidest lähtuvaid numbrilisi meetodeid modelleerimaks aine struktuuri, kristallvõre dünaamikat ning aatomite (ioonide) vahelisi keemilisi sidemeid. See annab detailset informatsiooni füüsikaliste protsesside kohta tahkistes ning võimaldab ennustada materjalide füüsikalisi omadusi.


Pilt 1. Keemilise disaini tunnused delafosiit-tüüpi ABO2 kristallides.

Viimaste aastate jooksul on enimuuritud materjalideks süsinikupõhised struktuurid, sealhulgas eeskätt grafeen- ja süsiniknanotorud. Koostöös füüsikainstituudi eksperimentaatoritega on välja töötatud mudel, mis paneb paika aatomitasandil grafeeni nanopallide struktuuri. Nimetatud struktuurid on paljulubavad mikrokiipide ehitamiseks grafeeni baasil.

 


Pilt 2. Siksak-tüüpi süsiniknanokristallid ja grafeeni nanopael.

Ülijuhtivuse teooria

Koostöös Stuttgarti Ülikooliga õnnestus teoreetiliselt tuvastada, et kõrgtemperatuursete ülijuhtide iseäralik omadus, mida tingivad tugevad elektroonsed korrelatsioonid, on faaside eraldumine nanoskoopilisel tasemel. See omadus leidis eksperimentaalset kinnitust koostöös Nobeli preemia laureaadi ja kõrgtemperatuurse ülijuhtivuse avastaja A. Mülleriga ning R. Kremeriga Max Plancki Instituudist Stuttgartis. Ebatavalist magnetkorrastust õnnestus selgitada numbrilise modelleerimisega.

Meil on pikaajaline kogemus mitmekomponendiliste (paljudel juhtudel kõrgtemperatuursete) ülijuhtide teooria alal, kus on otsustava tähtsusega mitme elektronalamsüsteemi vahel toimivate interaktsioonide arvestamine. Nende ühendite omadustes kajastuv äärmiselt mitmekesine füüsika on olnud järjest kasvava huvi objektiks kogu maailmas. Praeguseks on mitmepiluline ülijuhtivus avastatud sellistes materjalides nagu NbSe2, V3Si, Nb-dopeeritud SrTiO3, rutanaadid, raskete fermionidega süsteemid, MgB2, kupraadid, raudpniktiidid, raudhalkogeniidid jt. Oleme arendanud mitmetsoonilist stsenaariumi kupraatülijuhtide ja magneesiumdiboriidi jaoks. Mitmekomponendilises ülijuhtivuses on meile jätkuvalt aktuaalsed:

 

  • mesoskoopilises mastaabis asetleidva ruumilise käitumise iseärasused, mis oluliselt erinevad ühekomponendilistes ülijuhtides toimuvast;
  • termodünaamilised omadused ja fluktuatsiooniefektid;
  • vastastikmõju teiste elektromagnetiliste korrastustega.

 

 


Pilt 3. Kahetsoonilise ülijuhi vabaenergia kui mitte-tasakaaluliste korrastusparameetrite funktsiooni kontuurgraafik. On näha iseloomulike stabiilsete ja metastabiilsete miinimumide olemasolu.

Juhuslikud protsessid

 

  • Huvi pakuvad stohhastilised efektid faasisiiretes (ferroelektrikutes, ferromagneetikutes jm). Oleme näidanud, et ruumiliselt piiratud süsteemides on faasisiire ja stohhastiline resonants teineteist täiendavateks ilminguteks, mis lähevad ruumala muutumise käigus üksteiseks üle.
  • Pööriste transpordi modelleerimine ülijuhtivates süsteemides, sh 1.5 liiki ülijuhtides, võttes arvesse mürafaktorite olemasolu.
  • Josephsoni kontaktide omaduste stohhastiline modelleerimine nii ühe- kui ka kahekomponendiliste ülijuhtide juhul.

 

Tugevalt korreleeruvate elektronsüsteemide uurimine

Kristallid, mida iseloomustavad tugevad elektronkorrelatsioonid, on kõrgtemperatuursed ülijuhid - vaskperovskiidid ja ferropniktiidid, raskefermionilised ja madalamõõtmelised orgaanilised ühendid. Ebatavaliste omaduste ja tehnoloogilise rakendamise tõttu on need kristallid üheks tsentraalseks uurimisteemaks kaasaja tahkiseteoorias. Laboris on nende uurimiseks arendatud uusi teoreetilisi meetodeid, sealhulgas magnetomaduste teooria p- ja n-tüüpi vaskperovskiitide jaoks ning tugevside diagrammtehnika, mis võimaldas seletada madalaid sagedusi kvantostsillatsioonides, vaadeldud vähedopeeritud vaskperovskiitides.

 


Pilt 4. Kvantostsillatsioonide sageduse muutumine tugeva elektronkorrelatsiooniga kristalli dopeerimisel. Parameeter n/n' on pöördvõrdeline magnetilise induktsiooniga.

Frustreeritud kvaasikahemõõtmelised magneetikud

Huvi frustreeritud magnetühendite vastu on seotud nende rikaste faasidiagrammidega. Äsja sünteesiti selles kristalliklassis uusi ühendeid, mis demonstreerivad huvitavaid omadusi. Nende hulgas on kristall NiGa2S4, milles ioonid spinnidega S=1 moodustavad kvaasikahemõõtmelise kolmnurkse võre. Kasutades Mori projektsioonoperaatorite tehnikat uurisime selle kristalli faasidiagrammi ja magnetergastusi J1-J3 mudelis. Pildil on näidatud magnetergastuse spektri sõltuvus frustreerimisparameetrist p. Leidsime, et faasidiagrammis on alad korrastamata faasiga ning ferromagnetilise ja antiferromagnetilise pikikorrastustega, sealjuures antiferromagnetiline faas saab olla ühismõõduline ja ühismõõdutu. Saadud tulemused lubavad seletada peamisi eksperimentaalseid andmeid NiGa2S4 kristalli kohta.

 


Pilt 5. Magnetergastuse spektri sõltuvus frustreerimisparameetrist p.

Võnkesolitonid kristallides

Ruumis lokaliseerunud võnkemoodid võivad esineda/tekkida mitte üksnes defektidega kristallivõredes, vaid ka ideaalsetes mittelineaarsetes võredes. Selliste moodide sagedused on väljaspool foononspektrit, mistõttu nende levik kristalli on takistatud. Oleme uurinud/arvutanud niisuguseid võnkesolitone (bresereid) ja nende eksisteerimise tingimusi ning omadusi erinevat tüüpi ja erineva dimensiooniga võredes. Leidsime, et Ni, Cu ja Fe kristallides moodustuvad ka liikuvad breserid.

 


Pilt 6. Pildil on näidatud liikuv mittelineaarne võnkumine - breser - Cu võres.

Efektiivne energiaülekanne metallides

Tahkiste praktilise kasutamise määrab oluliselt nendes toimuv energiaülekanne. Molekulaardünaamika meetoditega on tahkiseteooria laboris uuritud võnkesolitone metallides ning on avastatud, et võnkesolitonid võivad mitmetes metallides üle kanda suurt (toatemperatuuri soojusenergia võnkekvandist sadu kordi suuremat) energiahulka tuhandete aatomitevaheliste kauguste taha. Võrreldava efektiivsusega energiaülekanne oli siiani tuntud ainult dielektrikutes, kus selle mehhanismiks on elektronergastuste levik.

Defektide teke kristallides

Kristallivõre defektide tekke uurimiseks arendati laboris meetod, mis võimaldab modelleerida makroskoopilise suurusega kristallide dünaamikat, arvestades kaugmõju. Osutus, et kaugmõju jõud soodustavad oluliselt defektide teket. See tähendab aga, et lülitades need jõud välja - mis on võimalik, kui kasutada piisavalt disperset ainet - võime oluliselt suurendada materjalide radiatsioonilist stabiilsust. Kui see järeldus peaks saama eksperimentaalse kinnituse, tekib võimalus teha edasine samm tuumaenergeetika väga tähtsa probleemi lahendamiseks.

On tehtud tagasipõrkeprotsesside molekulaardünaamika simulatsioonarvutusi röntgeni-kiirguse või neutronitega kiiritatud leelishalogeniidide kristallides. Leiti, et vakantside tekke energialävi varieerub mõnest mõnekümne elektronvoldini olenevalt kristallograafilisest suunast.

Multifunktsionaalsed materjalid

Multifunktsionaalsetes süsteemides eksisteerivad ferroelekter, (anti)-ferromagnetism, ferroelastsus, elastsus. Nendes ainetes on tugev vibroonne interaktsioon, mis on samaaegselt nii juhtiv kui stabiliseeriv vastastikmõju faasisiiretes. Laboris on arendatud kvantparaelektrikute ja kvantferroelektrikute (SrTiO3, KTaO3 jt.) semimikroskoopilist teooriat. On uuritud fotoindutseeritud faasisiirdeid, sealhulgas ferroelektrikutes, eriti perovskiitides.

Jahn-Telleri efekt ja kooniline potentsiaalipindade lõikumine

Molekulaarsüsteemides esineb sageli olukordi, kus kaks potentsiaalipinda lõikuvad ning moodustub koonusetaolise kujuga potentsiaalilõige. Selliste lõikepunktide ("lehtrite") läheduses tekib elektronolekute ja võnkeolekute tugev segunemine, mistõttu ei saa neid olekuid vaadelda sõltumatutena ja tekib keerukas füüsikaline probleem.

Niisuguse segunemine tõstab oluliselt keemiliste ja fotokeemiliste reaktsioonide kiirust ning kiirguseta ülemineku kiirust ergastatud olekust põhiolekusse. Koonilised potentsiaalilõiked esinevad paljudes olulistes biomolekulides, muuhulgas DNA-s ja omavad olulist rolli nende molekulide biokeemiliste omaduste määramisel. Rakendusliku tähtsuse tõttu on niisugust molekulaardünaamikat palju uuritud, kuid seni on puudunud protsessi täpne füüsikaline kirjeldus. Tahkiseteooria laboris on hiljaaegu välja töötatud rangelt kvantmehaaniline protsessi kirjeldus, mis võimaldab detailselt visualiseerida molekulaarsüsteemi evolutsiooni läbi koonilise potentsiaalilõike.

 


Pilt 7. Vasakul: koonuseline potentsiaalipindade lõikumine Jahn-Telleri efekti puhul. Paremal: lainepaketi relaksatsioon antud potentsiaalil (kujutatud on relaksatsioon potentsiaali ühel poolel).

Kvantvedelike heelium-3 ja heelium-4 optilised omadused

Kaasaegse füüsika üheks huviobjektiks on ülimadalal temperatuuril ja rõhu all 3He ja 4He Fermi ja Bose tüüpi kvantvedelikud, mille omadused on unikaalsed. Heeliumvedelike tilku võib uurida spektroskoopiliste meetoditega, dopeerides tilku väikeste molekulidega. Koostöös G. Benedekiga Milano Bicocca Ülikoolist näidati, et heelium-4 tilkade pinnal lõksustunud naatriumi molekuli spektris ilmnevad selle kvantvedeliku pinnavõnkumised ning 4He naaberaatomite kineetiline nullenergia. Fermionvedelikus heelium-3 avastati aga uus elektronergastuste faasirelaksatsiooni mehhanism: heelium-3 tilkades asetseva glüoksaali molekuli optilistes spektrites ilmnevad otseselt Fermi mere pinnaergastused. Seda mehhanismi kasutades on arvutatud glüoksaali molekuliga dopeeritud heelium-3 tilkade optilised spektrid.

 


Pilt 8. Heelium-3 tilkadesse viidud glüoksaali molekuli optilistes spektrites ilmnevad lisaks foononergastustele ka otseselt Fermi mere pinnaergastused

Lühikeste koherentsete valgusimpulsside mitmeastmeline neeldumine

Tänu eksperimentaalsete võimaluste suurenemisele uuritakse üha täpsemalt aine ja valgusimpulsside vastastikmõju erinevatel juhtudel. Huvi pakub mitme lühikese valgusimpulsi neeldumine, samuti nendega spektraalsälkamine. Arendame teooriat, mida saab rakendada suvalise pikkusega (alates femtosekundilistest kuni praktiliselt statsionaarsete) valgusimpulsside korral, ka ajavahemik nende impulsside vahel võib olla suvaline – täielikust kattumisest täieliku eraldumiseni. Seda teooriat oleme rakendanud ka spektraalsäkamise jaoks.

Ühe molekuli spektroskoopia

Eksperimentaaltulemustest on teada, et samas kristallis ühesuguste lisandimolekulide samale elektronüleminekule vastavad spektrijooned on erineva laiusega. Teiste põhjuste kõrval on selle nähtuse põhjuseks ka põhiaine mitteisotroopsus. Oleme arendanud teooria, mis arvestab ergastatud elektronnivoo radiatsioonilise eluea sõltuvust ülemineku dipoolmomendi (või kvadrupoolmomendi kui dipoolmoment on null) ruumilisest asendist kristallis.

Teoreetiline kvantoptika: uus põimitud footonite allikas

Uurime mittelineaarseid kvantoptilisi nähtusi tsentraalsümmeetriata pooljuhtmaterjalides. Samuti tegeleme fotovoltavoolu topoloogiliste omaduste simulatsioonidega hetero- ja nanostruktuurides. Pakkusime välja uut tüüpi põimolekus footonite allika, mis kasutab plasmoonikast tingitud valguse ja aine interaktsiooni tugevdamist. See allikas põhineb kahel efektil: 1) kahefootonilise kiirguse resonantsel võimendumisel olukorras, mil optilise pikkuse ostsilleerumise amplituud võrdub genereeritavate footonite lainepikkusega; 2) metalli ja isolaatori piirpinna plasmonitest tingitud valguse ja aine interaktsiooni tugevnemisel. Uue footonite allika efektiivsuse hinnangud ületavad standardsete allikate efektiivsuse mitme suurusjärgu võrra.

 


Pilt 9. Eksperimendiskeem dünaamilise Casimiri efekti vaatlemiseks metall-dielektrilisel struktuuril (vasakul). Skeem sisaldab metall+dielektrilist struktuuri, mis on paigutatud peeglite vahele. Prisma skeemil on lisatud selleks, et genereeritud pinna plasmon-polaritonid transformeerida kiirguseks. Siin ω0 on laseri footonite sagedus, ω ja ω0-ω - genereeritavate footonite sagedused. Paremal on kiiratud footonite intensiivsuse sõltuvus laservälja tugevusest E0 ∝ ν ning kiirgamisuunast .

Vaakumi energia

Tänapäeva füüsika alustala kvantmehaanika järgi on olemas rida erinevaid panuseid vaakumi energiatihedusse. Võrreldamatult suurim nende seas on fundamentaalbosonite nullseisundi kvantfluktuatsioonide panus. Vastav energiatihedus on hiigelsuur - Plancki energia tiheduse 4.63x10113 J/m3suurusjärku, mis ületab ligikaudu 10120 korda vaadeldavat vaakumi energiatihedust. Kõik teised panused vaakumi energiatihedusse on võrreldamatult väiksemad, mis ei võimalda seletada tegelikku väga väikest summaarset väärtust. V. Hižnjakov uuris vaakumi hiiglasliku bosonite nullenergia kompenseerimise võimalust ja näitas, et vajalik kompensatsioon tuleb kvantosakeste gravitatsioonienergiast. Nimelt, kvantosakesed tekitavad Plancki mastaapi negatiivse energiaga fluktuatsioone. Plancki pikkusest väiksematel fluktuatsioonidel domineerib osakeste sisemine tõukumisinteraktsioon. Leitud tõukumisinteraktsiooni parameeter annab Higgsi bosoni massi väärtuseks 123 GeV, mis on heas kooskõlas viimaste mõõtmistega.

Koostöö: Max Plancki Tahkiseuuringute Instituut Stuttgartis, Chemnitzi Tehnikaülikool, Brandenburgi Tehnikaülikool, Milano Bicocca Ülikool, Sevilla Ülikool, Harkovi Füüsika ja Tehnoloogia Instituut, Vene FV Teaduste Akadeemia Kirenski nim. Füüsika Instituut.

Eesti-sisene koostöö: Teaduse tippkeskus "Mesosüsteemide teooria ja rakendused", Tallinna Tehnikaülikool.