Onderzoeksgroep
Expertise
Het grootste deel van mijn onderzoekservaring is in theoretische fysica van de gecondenseerde materie. Ik ben mijn onderzoekscarrière gestart met het theoretisch modelleren van een experiment op metallisch waterstof onder hoge druk. Het grootste deel van mijn verdere onderzoek is op zijn minst deels geïnspireerd door metallisch waterstof of hydrides onder hoge druk. Zo heb ik bijvoorbeeld de optische respons van metallische nanodeeltjes met een glooiende elektrondichtheid op de rand onderzocht: deze nanodeeltjes kunnen gebruikt worden als druksensoren in experimenten onder hoge druk. Sinds 2019 onderzoek ik het polaronprobleem, Polaronen zijn quasideeltjes die vormen wanneer een elektron door het kristal van een vaste stof beweegt, waarbij het elektron kan interageren met de ionen (of equivalent, de fononen) van dit kristal. Specifiek onderzoek ik het effect van anharmoniciteit op polaronen. In mijn doctoraatsthesis werd een extra anharmonische term in de Fröhlichhamiltoniaan afgeleid, die de interactie van het elektron met twee longitudinaal optische fononen voorstelt. Het model is eenvoudig genoeg zodat de interactieterm slechts van één extra materiaalparameter afhangt. Vervolgens werden dan een aantal eigenschappen van het polaron onderzocht in termen van deze nieuwe anharmonische materiaalparameter: de bindingsenergie, de effectieve massa, het optische absorptiespectrum, en de mogelijkheid van bipolaronvorming.
Ab-initio studie van anharmoniciteit op elektron-fonon koppeling en polaronen.
Abstract
Het grote polaron is een elektron dat interageert met de fononen van een vaste stof. Het is een van de meest fundamentele problemen in de vastestoffysica. De meeste Hamiltonianen uit de literatuur beschouwen alleen de lineaire elektron-fonon koppeling, maar deze aanname is niet geldig in belangrijke materialen zoals SrTiO3, PbTe, H3S, of halogeniede perovskieten. Het doel van dit project is om realistische en analytische uitdrukkingen te vinden voor de anharmonische interactietermen in de Hamiltoniaan, zoals bijvoorbeeld de 1-elektron-2-fonon interactie. In dit project wordt een afleiding voor deze interactietermen voorgesteld: de uiteindelijke uitdrukkingen worden geschreven in termen van onbekende materiaalparameters die kunnen berekend worden met DFT. Daarenboven wordt ook de grondtoestandsenergie, de effectieve massa, en het optische absorptiespectrum van het anharmonisch polaron berekend voor de bovengenoemde materialen. Dit project bevindt zich in een unieke positie tussen het theoretische model-hamiltoniaan behandelingen en de computationele ab initio behandelingen van polaronen, die traditioneel afzonderlijk bestudeerd worden in de literatuur. De onderzoeker zal opgeleid worden in ab initio en diagrammatische monte carlo methodes door de co-promotor gedurende het computationele deel van het project. Na dit project zal de onderzoeker over een divers en uniek onderzoeksprofiel beschikken, dat net als het project zowel een theoretisch als computationeel aspect heeft.Onderzoeker(s)
- Promotor: Tempere Jacques
- Mandaathouder: Houtput Matthew
Onderzoeksgroep(en)
Project type(s)
- Onderzoeksproject
Modellering van thermo-optische eigenschappen van waterstof bij extreme druk.
Abstract
Waterstof is het eenvoudigste element in het universum. Wanneer het op kamertemperatuur en atmosferische druk is, heeft waterstof de vorm van een gas. Men kan dit gas koelen of onder druk zetten om er een vaste stof van te maken. Onder deze omstandigheden is de vaste waterstof een elektrische isolator. Bijna een eeuw geleden werd echter voorspeld dat een druk van een kwart miljoen maal atmosferische druk op vaste waterstof er een metaal van zou maken. Dit materiaal werd metallisch waterstof genoemd en natuurkundigen hebben geprobeerd het te maken sinds het werd voorspeld. Theoretische voorspellingen geven ook aan dat metallisch waterstof een supergeleider is bij kamertemperatuur, wat betekent dat het elektriciteit zonder verliezen kan transporteren. Bovendien zou het een zeer krachtige raketbrandstof zijn en zou het metaal blijven, zelfs wanneer de druk wordt weggenomen. Onlangs hebben experimenten van de Silvera-onderzoeksgroep aan de Harvard University de eerste creatie van metallisch waterstof in het laboratorium aangetoond. Andere onderzoeksgroepen zijn het echter niet eens met deze bewering. In het voorgestelde onderzoek proberen we theoretisch het experiment te modelleren dat door de Silvera-onderzoeksgroep wordt gebruikt om een correcte interpretatie van hun resultaten te krijgen. Verder zullen we dit model en de experimentele resultaten gebruiken om materiaalparameters van metallische waterstof te schatten. Ten slotte zullen we theoretisch een experiment ontwikkelen dat kan meten of de metallische waterstof in de experimenten supergeleidend is, zoals voorspeld door de theorie.Onderzoeker(s)
- Promotor: Tempere Jacques
- Mandaathouder: Houtput Matthew
Onderzoeksgroep(en)
Project type(s)
- Onderzoeksproject