TEOREETTINEN FYSIIKKA TEKNIIKAN TUKENA

Samankaltaiset tiedostot
FYSIIKKA. Tapio Rantala Fysiikka Tampereen teknillinen yliopisto Kissanmaa

FYSIIKKA. Tapio Rantala Fysiikka Tampereen teknillinen yliopisto Mensa

SISÄLTÖ MITÄ FYSIIKKA ON KLASSILLINEN FYSIIKKA

Computational Chemistry Chapter

OPINTOJAKSOJA KOSKEVAT MUUTOKSET/MATEMATIIKAN JA FYSIIKAN LAITOS/ LUKUVUOSI

ti Tfy Termodynamiikka tentinvalvonta PHYS K215 Tfy Fysiologia Tfy Signal Processing in Biomedical Engineering

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Versio 2 Teknillisen fysiikan ja matematiikan koulutusohjelma tbh

Gaussian type orbitals (GTO) basis functions assume the radial part e αr2. Sc. cartesian GTO functions take the form

Luento5 8. Atomifysiikka

Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali Luennoitsija Viikot Lisätietoja

OPINTOJAKSOJA KOSKEVAT MUUTOKSET/MATEMATIIKAn JA FYSIIKAN LAITOS LUKUVUOSI

Thin Films Technology. Lecture 3: Physical Vapor Deposition PVD. Jari Koskinen. Aalto University. Page 1

NBE-E4510 Special Assignment in Biophysics and Biomedical Engineering AND NBE-E4500 Special Assignment in Human. NBE-E4225 Cognitive Neuroscience

Kvanttimekaniikkaa yhdessä ulottuvuudessa

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu VERSIO 3 Teknillisen fysiikan ja matematiikan koulutusohjelma tbh

PHYS timetable without service teaching courses Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali Luennoitsija Viikot Lisätietoja

7.4 Variability management

Efficiency change over time

Valuation of Asian Quanto- Basket Options

Other approaches to restrict multipliers

Viral DNA as a model for coil to globule transition

3.6 Feynman s formulation of quantum mechanics

FYSIIKAN TENTTIJÄRJESTYS versio 2.2

Tfy Teoreettinen mekaniikka (5 op) Tfy Fysiikka IV alkuosa A ja Tfy Teoreettinen mekaniikka

ja KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

Miten ymmärtää puubiomassan kaasutusta paremmin? - Hiilen kaasutusmallin kehittäminen

HIRLAM diagnostics for operations and experiments

Constructive Alignment in Specialisation Studies in Industrial Pharmacy in Finland

Käytännön kokemuksia osallistumisesta EU projekteihin. 7. puiteohjelman uusien hakujen infopäivät 2011

Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali

Calixarene Complexation Induced Aggregation of Gold Nanoparticles

7. Product-line architectures

PHYS-C0210 Kvanttimekaniikka Exercise 2, extra challenges, week 45

F901-P Perusopinnot P (80 op) op opetusperiodi

PHYS lukujärjestys , ei palveluopetus , päivitys Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali Luennoitsija Viikot

Fighting diffuse nutrient load: Multifunctional water management concept in natural reed beds

KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

1.Growth of semiconductor crystals

Dependence of surface orientation of erbium oxide on hydrogen behaviors

Indoor Environment

Additions, deletions and changes to courses for the academic year Mitä vanhoja kursseja uusi korvaa / kommentit

Making use of BIM in energy management

Introduction to Automotive Structure

Simulation model to compare opportunistic maintenance policies

MIHIN SUUNTAAN ARVIOINTI KEHITTYY MAAILMALLA? Didaktiikan teemapäivä, , Turun yliopisto Petri Uusikylä, Suomen arviointiyhdistys

4. Selitä sanoin ja kuvin miten n- ja p-tyypin puolijohteiden välinen liitos toimii tasasuuntaajana?

AJATUKSIA KÄSITYÖTIETEEN ONTOLOGIASTA

Stormwater filtration unit

Alternatives to the DFT

VBE2 Työpaketit Jiri Hietanen / TTY

Tuli Creating Business from Research

Huom. tämä kulma on yhtä suuri kuin ohjauskulman muutos. lasketaan ajoneuvon keskipisteen ympyräkaaren jänteen pituus

BENTOMAP = Bentoniitti- ja tunnelin täyteainetutkimuksen osaamistason kartoitus

Moderni biolääketieteellinen optiikka X - Optinen mittaaminen sekä valmistusmenetelmät X X X

Constraining neutron star equation of state from cooling stages of X-ray bursts Juri Poutanen (Univ. of Oulu, Finland)

TONI YLENIUS VAN DER WAALS -VUOROVAIKUTUS ELEKTRONIRAKEN- NETEORIASSA: LASKUMENETELMIEN VERTAILU. Diplomityö

Älykäs erikoistuminen. Kristiina Heiniemi-Pulkkinen

Teknillinen fysiikka ja matematiikka (TFM) Moduulit lv

Heisingin kaupungin tietokeskus Helsingfors stads faktacentral City of Helsinki Urban Facts 0N THE EFFECTS 0F URBAN NATURAL AMENITIES, ARCHITECTURAL

Kvanttisointi Aiheet:

Gap-filling methods for CH 4 data

Toimisto (5) HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

FYSE301(Elektroniikka(1(A3osa,(kevät(2013(

Poistuvat kurssit ja korvaavuudet (RRT ja YYT)

Tieteen ja tutkimusalan opintoihin hyväksyttävät opintojaksot ovat (taulukossa A= aineopinnot, S=syventävät opinnot, J = jatko-opinnot):

Kvanttilaskenta - 2. tehtävät

Laskennallisen fysiikan esimerkkejä avoimesta tutkimuksesta Esa Räsänen Fysiikan laitos, Tampereen teknillinen yliopisto

Characterization of clay using x-ray and neutron scattering at the University of Helsinki and ILL

Moderni biolääketieteellinen optiikka X - Optinen mittaaminen sekä valmistusmenetelmät X X X

elektroni = -varautunut tosi pieni hiukkanen nukleoni = protoni/neutroni

Nanopinnoitetutkimus Suomessa - päivän teemaan sopivia poimintoja

RAKENNUSTEN ENERGIANKÄYTÖN OPTIMOINTI. Kai Sirén Aalto yliopisto

Konetekniikan koulutusohjelman opintojaksomuutokset

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

TENTEISSÄ SALLITTU KIRJALLISUUS (päivitetty ) Jos ei tenttiä mainittu, ei myöskään lisämateriaalia.

(Core) & (Test Manager). Sertifikaattikoe klo

Aalto-yliopisto Kemian tekniikan korkeakoulu Kemian tekniikan lukujärjestys SYKSY 2012

TT Eija Hanhimäki Helsingin yliopisto

Oulun yliopisto. Luonnontieteellinen koulutusala. Fysiikan tutkinto-ohjelma. Fysiikka, filosofian maisteri, 120 op. 1 of

ELEMET- MOCASTRO. Effect of grain size on A 3 temperatures in C-Mn and low alloyed steels - Gleeble tests and predictions. Period

Laskennallisen fysiikan esimerkkejä avoimesta tutkimuksesta Esa Räsänen Fysiikan laitos, Tampereen teknillinen yliopisto

Poltossa vapautuvien metallien laserdiagnostiikka

TopA Hub laiteverkosto

TENTEISSÄ SALLITTU KIRJALLISUUS (päivitetty ) Jos ei tenttiä mainittu, ei myöskään lisämateriaalia.

Suomen ja korkeatasoisen tutkimuksen kohtalonyhteys. Raimo Sepponen, prof. Elektroniikan laitos Sähkötekniikan korkeakoulu Aalto yliopisto

FYSIIKAN/FOTONIIKAN OPETUSOHJELMA Joensuun kampus

TEEMU SALMI PSEUDOPOTENTIAALIEN KÄYTTÖ POLKUINTEGRAALI- MONTE CARLO -SIMULOINNEISSA. Diplomityö

Staattisen sähkön aiheuttamat haasteet (ongelmat) lääketeollisuudessa (esim. Easyhaler-kehitys ja tuotanto)

Lausuntopyyntöluettelo HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

The CCR Model and Production Correspondence

Kehittävä palaute varhaiskasvatuksessa

16. Allocation Models

1. SIT. The handler and dog stop with the dog sitting at heel. When the dog is sitting, the handler cues the dog to heel forward.

KURSSIEN POISTOT JA MUUTOKSET LUKUVUODEKSI

Lausuntopyyntöluettelo 2016/6 LIITE. Toimisto (16)

Aikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa

Mitä IHMEttä on MIXTURE -mallintaminen?

FYSA235, Kvanttimekaniikka I, osa B, tentti Tentin yhteispistemäärä on 48 pistettä. Kaavakokoelma ja CG-taulukko paperinipun lopussa.

Ensimmäinen välikoe. Kurssin voi suorittaa tentillä tai kahdella välikokeella

Information on preparing Presentation

Transkriptio:

TEOREETTINEN FYSIIKKA 1 TEKNIIKAN TUKENA Tapio Rantala Fysiikka Tampereen teknillinen yliopisto http://www.tut.fi/semiphys SISÄLTÖ MITÄ FYSIIKKA ON Filosofiaa vai arkipäivää? Tiedettä vai tekniikkaa? MATERIAALIFYSIIKKA TEOREETTINEN JA LASKENNAL- LINEN FYSIIKKA @ TTY Simulointia, nanofysiikkaa,... Elektronirakenneteoriaa

MITÄ FYSIIKKA ON: ARKIPÄIVÄÄ 2 Havainnot Tulkinta ja johtopäätökset Aistihavaintojen tulkinta ja käyttö jokapäiväisessä elinympäristössä: Kotona, esim. keittössä Luonnonilmiöt Syy seuraussuhteet Ymmärtäminen, malli ja ennustaminen Maailmankuva...

MITÄ FYSIIKKA ON: TIEDETTÄ 3 Fysiikka: Edellinen riittävästi systematisoituna: esim. Materiaalifysiikka havainnot tulkinta ymmärrys ennustaminen

MITÄ FYSIIKKA ON: FILOSOFIAA 4 Ontologiaa, metafysiikkaa, luonnonfilosofiaa, modernia fysiikkaa... Mistä tulemme minne menemme? Mihin ymmärrys riittää (periaatteessa)? Mitä (siellä) oikeasti on? Kari Enqvistin, Esko Valtaojan, monet Pietiläisen kääntämät,... kirjat

ARKIPÄIVÄSTÄ TIETEESEEN 5 Järjestelmällistä tiedonhankintaa, esim. ympäröivästä luonnosta Arkipäivän havainnot ja kokemukset yritys ja erehdys Suunnitelmallinen havaintojen tekeminen, tulkinta, jäsentely, ymmärrys ja ennustaminen Tieteen erityispiirteitä: yleinen käsitteistö, ei kulttuuririippuvutta totuus tai todennäköisyys, kokeell. havainnot ristiriidattomuus julkisuus, ei auktoriteetteja kriittisyys: itseään korjaava kumuloituvuus: edistyvä

RAUTALANKAMALLI TIETEESTÄ KIVIKAUDELTA 6 Vipu Voin selittää sinulle tämän F 1 D 1 = F 2 D 2

VAI OLIKO SE VASTA ARKHIMEDES? 7 Antakaa minulle kiinteä piste...

INNOVAATIO 8 WIKIPEDIA: Innovaatio eli uudennus on jokin uutuus: -keksintö -idea -käytäntö -tuote PERUSTUEN TUNNETTUUN TIETOON! Mikä se on? Ideat ja keksinnöt eivät vielä tee yrityksestä innovatiivista. Yrityksen on osattava myös kehittää ja jatkojalostaa ne valmiiksi tuotteiksi, prosesseiksi tai toimintatavoiksi.

INNOVAATIOITA VIVUSTA TEKNIIKKAA 9 Vipu: F 1 D 1 = F 2 D 2 Vaaka, keinulauta, väkipyörä, vinssi, sorkkarauta, kiila, kalteva taso, ruuvi,...

TIEDE INNOVAATIOT JA TEKNIIKKA 10 Hieman yksinkertaistaen voidaan sanoa, että pääpainoisesti tiede innovaatiot YLIOPISTOISSA YRITYKSISSÄ Rahasta tietoa Tiedosta rahaa Rajanveto ei kuitenkaan ole selvää eikä se ole tarpeenkaan

MATERIAALIFYSIIKKA 11 Teknologia: ja uudet fysiikan tutkimukseen perustuvat materiaalit nanoteknologia: top down bottom up

AINEIDEN OMINAISUUDET 12 Mistä aineiden ominaisuudet pohjimmiltaan tulevat? mekaaniset termiset sähköiset/magneettiset optiset... ELEKTRONIRAKENNE!

ELEKTRONIRAKENNE 13 Schrödingerin yhtälö stationäärisille tiloille N 1 N 2 2 1 i + + V(R) Ψ k (R) = E k Ψ k (R) i=1 i< j=1 r ij missä R = {r1, r2,..., rn, }. ja/tai aikaevoluutiolle N 1 2 2 i + i=1 N 1 i< j=1 r ij + V(R,t) Ψ(R,t) = i t Ψ(R,t) Aaltofunktio Ψ(R,t) = Ψ(r 1,r 1,..., r N,t) on kaikki, mitä tarvitaan selittämään ja määrittämään materiaalien (lähes) kaikki ominaisuudet. Tämä on monen kappaleen ongelma!

14 SOFTWARE: DFT ACADEMIC/COMMERCIAL CODES: PlaneWave basis PBC localized (atomic) basis Real-space grid ASE: (Gromacs,...) DMol 3 PBC and finite finite

TEOREETTINEN JA LASKENNALLINEN FYSIIKKA @ TAMPERE 15 Tampereen teknillisen yliopiston laskennallisen fysiikan ryhmät Biologinen fysiikka Elektronirakenneteoria Materiaalit ja molekyläärinen mallinnus Spektroskopia ja kompleksiset materiaalit Pinnat ja rajapinnat nanomittakaavassa Fysiikan popularisointia: http://www.tut.fi/~trantala/popular http://www.tut.fi/semiphys

ELEKTRONI- RAKENNETEORIA Electronic Structure Theory 16 Research Fields Many-body Physics of Electrons! Quantum dynamics of light matter interaction! Development of Quantum Monte Carlo approach! Development of Density Functional Theory! Finite temperature quantum statistics Materials Physics and Chemistry! Compound semiconductors: bulk defects, surfaces, interfaces, nanostructures! Organic materials, photoabsorption, electron transfer, nanostructures! Finite temperature Quantum Chemistry The last few years O. Cramariuc: PhD Thesis (2006) H-P. Komsa: PhD Thesis (2008) SiO 2 M. Leino: PhD Thesis (2007) M. Mäki-Jaskari: PhD Thesis (2004) The Present and The Challenges Ground State and Excited States Eigenvalue Problem! At zero-kelvin Electronic structure is the basic concept behind structure and properties of matter! Temperature or Time Dependent States Quantum Statistics! Feynman path-integral approach http://www.tut.fi/ ~trantala/popular/ posters/est-group.pdf www.tut.fi/semiphys! Hartree Fock, CI, MCHF! Density Functional Theory (DFT the work horse ) Robust Solution to the Semiconductor Explicit Time Propagation! At zero-kelvin! Time-Dependent DFT (TDDFT) BAND GAP PROBLEM! Evaluation of the missing discontinuity: Total (solid curve), LDA KS (square) and GGA-KS (circle) compared with the experimental (star).! Further work ongoing Applications with DFT Surface physics and chemistry! Adsorption of small and aromatic molecules! Adsorbate (quantum) dynamics! Van der Waals interaction! Magnetic defects Compound semiconductor physics! Surface and interface electronic structure: bands and charge carriers! X-STM image simulation! Defect structure and (formation) energies! Optical properties (light matter interaction) Path Integral Monte Carlo (PIMC)! Explicitly temperature dependent NVT-ensemble simulation! Full account of electronic correlations! Allows model and calculations beyond Born Oppenheimer approximation, i.e., potential energy surface (PES)! Accepting the challenge of FERMION SIGN PROBLEM! T>0 Ab Initio Quantum Chemistry Small molecules and atoms! H 2+, He, H, H 2, Ps 2, H 3 + H 2 +H + H 2 + +H, so far! Finite temperature included! Exact correlation, nodal surfaces for exchange Continuous/periodic systems! Two-component Fermi sea: e p +, e e +! LDA type correlation functional for the above Ab initio chemical reactions! Dissociation recombination in thermal equilibr.! Model for on or beyond BO-PES! Work for time dependence in progress! Fundamental issues in classical to quantum transition: decoherence!

ELEKTRONIRAKENNETEORIA- PALETTI http://www.tut.fi/semiphys 17 Yhdistepuolijohteiden fysiikka (Bio)moleculaarinen (opto)elektroniikka (100) CBM VBM LUMO (110) HOMO Pintatiede Polkuintegraali-kvantti Monte Carlo

ELEKTRONIRAKENNETEORIA 18 http://www.tut.fi/~trantala/popular/posters/est-group.pdf

http://www.tut.fi/~trantala/popular/posters/est-case-violet.pdf 19 Ilkka Kylänpää and Tapio T. Rantala, Electronic Structure Theory, Department of Physics Ab Initio at T>0 Introduction We present a novel finite temperature, T > 0, approach to quantum chemistry and its application to small molecules. Descriptive quantum statistics (molecular Z, S, F) and parameters (E, geometry) are evaluated. H 3 + Molecular Ion Path Integral Quantum Monte Carlo (PIMC) www.tut.fi/semiphys Ps 2 Molecule Binding energy of the molecule is about 0.4 ev! 5000K. We predict, however, its thermal dissociation at about 1000 K, already, due to exceptionally large entropy factor lowering the free energy at low densities [1]. Conclusion For the first time the first-principles electronic structure approach has been successfully extended to finite temperatures and beyond Born Oppenheimer approximation, and furthermore, to chemical reactions. References 1.Ilkka Kylänpää and Tapio T. Rantala, Physical Review A 80, 024504 (2009). 2.Ilkka Kylänpää and Tapio T. Rantala, Journal of Chemical Physics 133, 044312 (2010); and submitted to Journal of Chemical Physics, http://arxiv.org/abs/1103.3575

ALTERNATIVE APPROACHES: FEYNMAN PATH INTEGRALS 20 Feynman path integral description of quantum statistics (in imaginary time): finite temperature, T > 0 partition function expectation values including exact many-body interactions! Monte Carlo for evaluation of multidimensional integrals. (Stochastic methods)

QUANTUM DOTS, ATOMS AND SMALL MOLECULES 21 A COUPLE OF ELECTRONS IN QUANTUM DOTS M. Leino & TTR, Physica Scripta T114, 44 (2004) M. Leino & TTR, Few Body Systems 40, 237 (2007) ELECTRON AND PROTON QUANTUM DYNAMICS I. Kylänpää, M. Leino & TTR, PRA 76, 052508 (2007) THERMAL DISSOCIATION OF DIPOSITRONIUM Cassidy & Mills Jr.: Exp. obs. of Ps 2, Nature 449, 195 (2007) I. Kylänpää & TTR, PRA 80, 024504 (2009) e p + p + e e + e + e M. Leino: PhD Thesis (2007)