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!)

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 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)