Ewch i’r prif gynnwys
Yr Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth

Seminarau

Rydym yn cynnal rhaglen reolaidd o seminarau ar gyfer staff a myfyrwyr.

Cynhelir yr holl seminarau yng Ngogledd Adeiladau’r Frenhines, Ystafell N/3.28 oni ddatgenir fel arall.

Seminarau 2023

Siaradwr: Vani Lanka (grŵp Dr Sam Ladak)
Dyddiad: Dydd Iau 9 Chwefror 2023
Amser: 14:30
Lleoliad: Adeiladau'r Frenhines Gogledd N3.23 gyda ffrydio byw dros Zoom

Mae sbin-grisial artiffisial (ASI) yn cynnwys nanomagnetau wedi'u trefnu'n gyfnodol/anghyfnodol ar safleoedd dellt wedi'u mowldio i wahanol geometregau. Mae ymchwil helaeth ar rwystredigaeth wedi dangos cyfyngiadau mewn 2D, felly mae ymestyn y systemau hyn i 3D yn arwain at astudio cyflwr mater anghonfensiynol. Yn benodol monopolau magnetig sy'n dod i'r amlwg, gweadau a deinameg troelli. Mae 3DASI yn dilyn egwyddorion archebu lleol, sef y rheolau grisial, sy'n anelu at leihau gwefr magnetig. Nod yr ymchwil hwn yw datblygu systemau 3DASI sy'n ffafriol yn egnïol gyda gwladwriaethau daear sydd wedi dirywio'n helaeth, gan ganiatáu i fonopolau artiffisial symud mewn gwactod heb wahaniaethau.

Mae lithograffeg dau ffoton wedi caniatáu i geometregau sbin-grisial swmpus gael eu ffurfio â datrysiad gofodol uchel, gan oresgyn y cyfyngiadau a welir yn 2D o bosibl. Trwy berfformio astudiaethau microsgopeg grym magnetig (MFM) gyda chymorth efelychiadau micromagnetig, gwireddwyd diffygion monopol magnetig a chludiant o fewn y dellt, gan ddatgelu cipolwg ar wladwriaethau tir a archebwyd â gwefr. Mae efelychiadau Monte Carlo wedi dangos diagram cyfnod cyfoethog o wladwriaethau daear gan gynnwys amryw o amodau wedi'u harchebu â gwefr.

Hyd yn hyn mae ein gwaith wedi awgrymu bod amodau daear wedi'u harchebu â gwefr yn gyraeddadwy gyda rhanbarthau o wefr magnetig cydberthynol iawn. Nod ein hymchwil ddiweddar yw addasu paramedrau dellt, trwch/hyd gwifren ac egni arwyneb i ddelweddu cyflwr y ddaear yn uniongyrchol. Rydym yn modelu proses anelio gan ddefnyddio amrywiol brotocolau dadfagneteiddio. Rydym hefyd yn cyflwyno datblygiadau yn y dyfodol o fewn archwilio'r gofod cyfnod trwy nodau ASI sy'n weithgar yn thermol i ynysu monopolau magnetig.

Yn ddeinamig, mae'r systemau hyn yn agor casgliad o ragalenni technolegol trwy hyrwyddo cof, storio data ac amgryptio. Yn gyffredinol, mae gan faes sbin-grisial artiffisial lwybrau sylweddol i'w harchwilio gyda chanlyniadau cyffrous ar gyfer y dyfodol.

Cyfeirnodau:

1. Williams, G., Hunt, M., Boehm, B. et al. Two-photon lithography for 3D magnetic nanostructure fabrication. Nano Res. 11, 845-854 (2018).

2. May, A., Hunt, M., Van Den Berg, A. et al. Realisation of a frustrated 3D magnetic nanowire lattice. Commun Phys 2, 13 (2019).

3. May, A., Saccone, M., van den Berg, A. et al. Magnetic charge propagation upon a 3D artificial spin-ice. Nat Commun 12, 3217 (2021).

Siaradwr: Tristan Burman (grŵp yr Athro Peter M Smowton)
Dyddiad: Dydd Iau 23 Chwefror 2023
Amser: 14:30
Lleoliad: Ystafell Seminar 0.01 y Ganolfan Ymchwil Drosi

Crynodeb:

Ar hyn o bryd mae optoelectroneg yn mynd drwy gyfnod o ddatblygiad tebyg i'r hyn a welir mewn electroneg dros yr hanner can mlynedd diwethaf. Mae dyfeisiau'n cael eu miniatureiddio ac mae cylchedau integredig yn cael eu datblygu gyda nifer cynyddol o swyddogaethau ar sglodyn. Ystyrir bod dyfeisiau laser yn un o'r cydrannau anoddach i integreiddio, ac mae angen ymchwil bellach i gynhyrchu proses weithgynhyrchu effeithlon y gellir ei defnyddio i is-haenau mawr ar gyfer integreiddio laserau yn ddwys. Fel arfer, mae'r wynebau laser yn cael eu cynhyrchu trwy hollti. Mae'r broses hon yn torri'r waffer yn ddarnau ac felly mae'n amhriodol ar gyfer cylchedau integredig monolithig.

Mae defnyddio ysgythru i weithgynhyrchu wynebau laser yn goresgyn y mater integreiddio. Fodd bynnag mae pob un yn dod gyda'u hanfanteision eu hunain. Nid yw ysgythru gwlyb yn gallu cynhyrchu'r proffil fertigol sydd ei angen ar gyfer wynebau laser mewn modd dibynadwy. Gall ysgythru sych gyflawni'r proffil fertigol gan ddefnyddio dulliau a ffefrir gan weithgynhyrchu ar raddfa fawr. Fodd bynnag, mae'n tueddu i gyflwyno garwedd ar y cyrion y mae'n rhaid optimeiddio'r broses weithgynhyrchu i leihau. Nid yw'r effaith y mae'r garwedd ar y cyrion yn ei chael ar adlewyrchedd wynebau ac felly nid yw perfformiad dyfeisiau eto i'w ddeall yn llawn. Mae credoau a ddelir yn gyffredin y bydd garwedd RMS islaw'r donfedd allyriadau a rennir gan werth mympwyol yn cynhyrchu colled oddefadwy mewn effeithlonrwydd [1]. Mae yna fodelau hefyd sy'n ceisio cysylltu garwedd RMS o arwyneb yn well â’u hadlewyrchedd [2]. Defnyddir y modelau hyn yn aml i bennu adlewyrchedd wynebau o fesur garwder neu i'r gwrthwyneb. Fodd bynnag, maent yn cael eu datblygu ar gyfer un system ddeunydd ac anaml y cânt eu gwirio ar ddyfeisiau byd go iawn.

Mae'r gwaith hwn yn penderfynu'n annibynnol ar adlewyrchu wynebau a garwedd laserau InP sy'n gweithredu ar donfeddi telegyfathrebu a gynhyrchir ar wafferi 100mm, a chymharu canlyniadau i'r modelau damcaniaethol.

Cyfeirnod:

1. Francis, D. A., et al. Effect of facet roughness on etched facet semiconductor laser diodes. Applied Physics Letters 68, 1598-1600 (1996).

2. D. A. Stocker, et al. Facet roughness analysis for InGaN/GaN lasers with cleaved facets, Applied Physics Letters 73, 25-1927 (1998).

Siaradwr: James Meiklejohn (grŵp Dr Samuel Shutts)
Dyddiad: Iau 16 Mawrth 2023
Amser: 14:30
Lleoliad: Ystafell Seminar 0.01 y Ganolfan Ymchwil Drosi

Rydym yn ymchwilio i addasrwydd dyluniadau dyfeisiau gwahanol ar gyfer Laserau Allyrru Arwyneb Ceudod Fertigol (VCSELau) a fwriedir i'w defnyddio mewn magnetomedrau miniaturaidd sydd eu hangen mewn cymwysiadau megis mapio geoffisegol, canfod ordinhad tanddwr a monitro pwls trydanol a gynhyrchir o fewn y corff dynol. Mae geometregau newydd yn cael eu cymell gan y gofyniad i gynyddu'r pŵer allbwn tra'n cynnal ansawdd trawst a chydlyniad optegol, ac rydym yn archwilio'r defnydd o allyrwyr lluosog agos y gellir eu cyplysu gyda'i gilydd mewn awyren i greu un allbwn.

Archwilir amrywiadau yn nyluniad a bylchu geometreg y dyfeisiau, a'r canlyniadau a drafodir gan gyfeirio at y mecanweithiau ffisegol sy'n ymwneud â'r cyplu, gan gynnwys lluosogi mewn awyren y maes optegol ac effaith y siâp mesa ar adlewyrchiadau i'r cyfeiriad ochrol. Mae'r trothwy cyfredol, uchafswm pŵer allbwn a chymhareb atal modd ochr yn cael eu mesur ar ystod o dymereddau hyd at dymheredd gweithredu 75 deg. C, ac rydym yn cymharu nodweddion gweithredu allweddol dyluniadau dyfeisiau confensiynol a newydd. Gan gyfeirio at ofynion y cais, megis allyriadau un modd yn y trawsnewid caesiwm D2 ar 852.2 nm a chyda phwerau allbwn dros 1 mW, rydym yn nodi'r dyfeisiau sy'n perfformio orau ac yn trafod yn fyr addasrwydd y dyfeisiau hyn fel ffynonellau optegol mewn magnetomedrau bach.

Siaradwr: Freya Turley (grŵp yr Athro Wolfgang Langbein)
Dyddiad: Dydd Iau 23 Mawrth 2023
Amser: 14:30
Lleoliad: Adeiladau'r Frenhines Gogledd N3.23 gyda ffrydio byw dros Zoom

Crynodeb:

Mae'r rhyngweithio rhwng proteinau a philenni lipid yn broses sylfaenol sy'n sail i swyddogaethau allweddol mewn bioleg celloedd. Er gwaethaf pwysigrwydd system o'r fath, mae llawer o gwestiynau yn dal heb eu hateb ynghylch mecanwaith trefniadaeth protein a swyddogaeth o fewn pilen y gell, a sut mae hyn yn cael ei fodiwleiddio gan amgylchedd y lipid, oherwydd diffyg technegau mesur addas.

Rydym yn datblygu techneg microsgopeg optegol newydd o'r enw adlewyrchedd oddi ar echel adwyog ymyriadureg (iGOR). Mae hyn yn addo bod yn newid sylweddol, gan ein galluogi i fonitro symudiad proteinau bilen sengl gyda sensitifrwydd uchel (~ 10kDa amcangyfrif terfyn maint lleiaf) yn gyflym (~ 1ms) mewn 3D heb labelu, gyda chywirdeb lleoleiddio ~ 10nm, ar yr un pryd ag eiddo pilen lleol ar safle’r protein, megis crymedd bilen a newidiadau o ran trwch.

O ran systemau model bilen lipid, rydym yn defnyddio GUVs o tua 30-50um diamedr. Mae hon yn system amlbwrpas lle gallwn reoli cyfansoddiad lipid ac osmolaredd y toddiannau mewnol ac allanol.

Rydym wedi optimeiddio sefydlogrwydd GUV gan ddefnyddio gwahaniaethau crynodiad swcros. Mae hyn wedi'i nodweddu trwy ddull microsgobeg cyferbyniad ymyrraeth gwahaniaethol meintiol (qDIC) a ddatblygwyd yn fewnol. Canfuom fod defnyddio gwahaniaeth crynodiad rhwng y toddiant swcros mewnol ac allanol >0.2mM yn sefydlu pwysau mewnol yn rhy fawr i fesicl un haenen wrthsefyll. Gwnaethom ddatblygu model efelychu rhifiadol sy'n gosod y data qDIC arbrofol i bennu nifer y ddeuhaenau yn gywir. Bydd trosolwg o'r canlyniadau qDIC hyn a'n cynnydd o ran nodweddu deinameg bilen lipid a mewnosod proteinau ffurfio mandyllau gan ddefnyddio iGOR yn cael eu cyflwyno.

Seminarau 2021

Mae plasmonau wedi’u cyffroi mewn nanostrwythurau ac maent yn gallu dwysáu arddwysedd golau gan sawl trefn maint. Oherwydd y priodoledd hwn, fe’u defnyddir yn helaeth ar gyfer cymwysiadau synhwyro. Yn ddiweddar, bu diddordeb newydd i gyplu a gwisgo allyryddion cwantwm (megis dotiau cwantwm, moleciwlau lliwio ac ati) â phlasmonau. Y nod yw cynhyrchu platfformau ffotonig newydd ar gyfer archwilio rhyngweithiadau golau-mater. Yr uchafbwynt hyd yn hyn fu arddangos cyplu cryf moleciwl sengl â phlasmonau ar dymheredd ystafell [1]. Yn fy narlith, yn gryno byddaf yn cyflwyno plasmonau ac yn rhoi trosolwg cyflym o’r gwaith diweddaraf ym maes Plasmoneg Cwantwm. Yna, byddaf yn esbonio priodoleddau plasmonau fydd yn galluogi cyplu cryf ar dymheredd ystafell ac yn arddangos priodoleddau unigryw nanogeudodau [2,3]. Byddaf yn cyflwyno fy ngwaith sy’n canolbwyntio ar ddeall y moddau ffotonig mewn nanogeudodau plasmonig [4]; osgiliadau Rabi allyryddion â nanogeudodau plasmonig, a’u cyplu cymhleth â sawl modd ffotonig o natur wahanol [5]. Os ceir digon o amser, byddaf yn trafod sut gellir cael bondiau cemegol penodol o fewn un moleciwl drwy ddefnyddio plasmonau [6].

[1] Chikkaraddy, R., de Nijs B., et al. Nature, 535, 127 (2016)
[2] Kongsuwan, N., Demetriadou A., et al., ACS Photonics, 5, 186 (2018)
[3] Mertens J., Demetriadou A., et al., Nano Letters, 16, 5605 (2016)
[4] Kongsuwan N. , Demetriadou A., et al., ACS Photonics, 7, 463 (2020)
[5] Demetriadou A., Hamm J. et al., ACS Photonics, 4, 2410 (2017)
[6] Benz, F., Schmidt M., et al., Science, 354, 726 (2016)

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Dolen Zoom
Cyfeirnod y cyfarfod: 829 2884 3353
Cyfrinair: 780047

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Dolen Zoom
Cyfeirnod y cyfarfod: 829 2884 3353
Cyfrinair: 780047

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Mae dyfodiad efelychiadau cosmolegol hydroddeinamig eglur iawn yn ein galluogi i astudio dynameg galaethau bar, fel ein Llwybr Llaethog ein hunain, o fewn y cyd-destun cosmolegol λCDM llawn. Byddaf yn cyflwyno'r hyn yr ydym wedi'i ddysgu am hanes ffurfio ein galaeth a'i strwythurau mewnol - - fel y bar a'r chwydd blwch/cnau daear - trwy gymharu priodweddau cemo-ddeinamig poblogaethau serol y rhanbarthau mewnol hyn ag efelychiadau cosmolegol Auriga. Yn benodol, byddaf yn cyflwyno tystiolaeth o ffurfiad chwydd y Galaeth bron yn gyfan gwbl yn y fan a'r lle, ac o'i hanes uno anarferol o dawel. Byddaf hefyd yn dangos sut y gall astudio dynameg galaethau wedi'u gwahardd mewn efelychiadau cosmolegol - yn enwedig y rhyngweithio trwy ffrithiant dynamig y bar a'r halo mater tywyll - ein helpu i daflu goleuni ar faint o fater tywyll sydd mewn galaethau troellog enfawr. Byddaf yn trafod y canfyddiadau hyn yng nghyd-destun y 'broblem adborth a fethwyd' a adroddwyd yn ddiweddar yn ogystal ag o fewn cyd-destun ffurfio galaeth ac esblygiad yn gyffredinol.

Dolen Zoom
Cyfeirnod y cyfarfod: 829 2884 3353
Cyfrinair: 780047

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Dolen Zoom
Cyfeirnod y cyfarfod: 829 2884 3353
Cyfrinair: 780047

Mae cymesuredd deunydd yn chwarae rhan sylfaenol wrth bennu ei briodweddau ffisegol. Gall torri cymesuredd addasu ffiseg system a chynhyrchu ymddygiad newydd ac anarferol. Uwchddargludedd yw un o'r enghreifftiau gorau o ffenomen torri cymesur. Mewn uwch-ddargludyddion confensiynol, mae cymesuredd mesur yn cael ei dorri, tra mewn uwch-ddargludyddion anghonfensiynol gellir torri cymesuredd eraill hefyd. Yn y sgwrs hon, rwy'n cyflwyno rhai canlyniadau diweddar ar Torri Cymesuredd Amser-Gwrthdroi mewn Uwch-ddargludydd Anghonfensiynol.

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Cyfeirnod y cyfarfod: 829 2884 3353
Cyfrinair: 780047

Cofrestru

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 829 2884 3353
Cyfrinair: 780047

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 829 2884 3353
Cyfrinair: 780047

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 829 2884 3353
Cyfrinair: 780047

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Cofrestru

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 829 2884 3353
Cyfrinair: 780047

Dolen Zoom

Cyfeirnod y cyfarfod: 922 8539 2843
Cyfrinair: 168617

Seminarau 2020

Mae'n ymddangos yn debygol y gallai disgiau protoserol fod yn ddigon enfawr yn ystod cyfnodau cynharaf ffurfiant seren i fod yn agored i ansefydlogrwydd disgyrchiant. Bydd hyn yn amlygu fel tonnau dwysedd troellog, a all weithredu i gludo momentwm onglog tuag allan, gan chwarae rhan allweddol o bosibl yn nhwf cynnar y protoseren ganolog. Yn ogystal, os yw'r disgiau hyn yn ansefydlog iawn, gallant ddarnio i ffurfio gwrthrychau wedi'u rhwymo. Fodd bynnag, bydd y rhain yn tueddu i fod yn wrthrychau cymharol enfawr ar orbitau llydan. Yn y sgwrs hon, byddaf yn cyflwyno ein dealltwriaeth gyfredol o ddisgiau protoserol hunan-symudol, y rôl y gallant ei chwarae wrth ffurfio sêr, y siawns o arsylwi ar y cam hwn mewn system brotoserol, a'r posibilrwydd y gall darnio uniongyrchol esbonio rhai o'r gwrthrychau màs planedol sydd wedi'u delweddu'n uniongyrchol, orbit eang.

Byddaf yn trafod tarddiad cyfraniad sŵn thermo-blygiannol annisgwyl a nodwyd gennym yn ddiweddar mewn tonnau nanoffotonig a wneir o ddeunyddiau amorffaidd [1]. Mae'r sŵn hwn sy'n cyfateb i amrywiadau deinamig yn yr ystod amser picosecond yn gosod terfyn canfod sylfaenol mewn cylchedau integredig ffotonig, yn enwedig mewn synhwyrydd Raman integredig. Y tu hwnt i'r goblygiadau ar gyfer cymwysiadau synhwyro, mae presenoldeb y sŵn hwn yn llofnod arbrofol uniongyrchol o effeithiau thermodynamig anghildroadwy lle na ellir anwybyddu ffenomenau syrthni. Mae hefyd yn tynnu sylw at derfynau damcaniaethau cyfredol sŵn thermo-blygiannol ar amleddau uchel. Ar ben hynny, gallai'r posibilrwydd o gael mynediad arbrofol sbectrwm optegol y cyfraniad sŵn hwn fod yn gyfle i wella ein dealltwriaeth o effeithiau aflinol optegol ym mhresenoldeb afradu a mynd y tu hwnt i fodelau sy'n anwybyddu effeithiau cof.

[1] N. Le Thomas, A. Dhakal, A. Raza, F. Peyskens, R. Baets, “Impact of fundamental thermodynamic fluctuations on light propagating in photonic waveguides made of amorphous materials”, Optica 5, 328-326 (2018).

Yn y sgwrs hon byddaf yn disgrifio ein hymdrechion i gyfuno Microsgopeg Electron Ynni Isel (LEEM) ac Epitacsi Pelydrau Moleciwlaidd (MBE) o III-AS, a byddaf yn dangos sut y gall LEEM-MBE ddarparu gwybodaeth newydd am fecanweithiau cinetig o (In, Ga) fel epitacsi. Mae LEEM yn ein galluogi i arsylwi wyneb y sampl mewn amser real gyda datrysiad 5 nm mewn amod x/y a datrysiad atomig mewn echel z. Mae cyferbyniad LEEM yn darparu gwybodaeth am newidiadau lleol mewn amodau diffreithiant a dynameg camau atomig. Felly, mae LEEM yn ein galluogi i gael delweddu amser real o cineteg cyfnodau arwyneb, newidiadau mewn meysydd straen neu newidiadau potensial cemegol wyneb y gwahanol elfennau trwy gydol wyneb y sampl [1].

Yn ein harbrofion diweddar rydym wedi delweddu ffurfio terasau newydd ar wyneb GaAs (001) ac wedi datblygu techneg sy'n cyfuno epitacsi defnyn a LEEM i ddarparu delwedd lawn o'r diagram cyfnod arwyneb o GaAs (001). Mae ein canlyniadau yn taflu goleuni ar sefydlogrwydd y cyfnod dadleuol 6x6 ar arwynebau GaAs (001) y dangosir eu bod yn metasefydlog yn ystod anweddiad Langmuir, ond gall fod yn sefydlog dros ystod gul o botensial cemegol o dan As fflwcs [2,3]. Rydym yn dangos y gellir defnyddio delweddu amser real ar amodau twf fel adborth i drosi egni ffurfio o T-0K i dymheredd twf mewn cyfrifiadau theori swyddogaethol dwysedd (Ffigur 1). Mae ein canlyniadau diweddar yn dangos y gall LEEM-MBE helpu i ddarparu'r darnau coll yn y ddealltwriaeth o brosesau epitaxial llawn.

[1] E. Bauer, Rep. Prog. Phys. 57, 895 (1994) [2] K. Hannikainen et al. 123, 186102 (2019) [3] C.X. Zheng et al. 3, 124603 (2019) [4] A. Ohtake, Surf. Sci. Rep. 63, 295 (2008).

Mae archwiliad newydd o'r Bydysawd wedi dechrau'n ddiweddar drwy arsylwadau tonnau disgyrchol. Ar Awst 17, 2017, yr arsylwad cyntaf o donnau disgyrchol o ysbrydoliaeth ac uno system seren niwtron ddeuaidd gan rwydwaith Uwch LIGO a Virgo, a ddilynwyd 1.7 yn ddiweddarach gan fyrst pelydr gama byr gwan a ganfuwyd gan loerennau Fermi ac INTAL a gychwynnodd yr ymgyrch arsylwi fwyaf eang ledled y byd a arweiniodd at ganfod cymheiriaid electromagnetig aml-donfedd. Mae darganfyddiadau aml-negesydd yn datgelu enigmas y sain hyfyr mwyaf egnïol yn yr awyr, gan archwilio ffiseg sêr niwtron, astroffiseg berthynol, ffiseg niwclear, niwcleosynthesis, a chosmoleg. Bydd y sgwrs yn rhoi trosolwg o oblygiadau astroffisegol yr arsylwadau tonnau disgyrchol ac aml-negesydd, rhagolygon a heriau'r synwyryddion tonnau disgyrchol presennol ac yn y dyfodol.

Mae modelu, sy'n cynnwys datblygu, profi a mireinio modelau, yn weithgaredd canolog mewn ffiseg. Cynrychiolir modelu yn llawn yn y labordy lle mae mesuriadau o ffenomenau go iawn yn croestorri â modelau damcaniaethol, gan arwain at fireinio modelau a chyfarpar arbrofol. Fodd bynnag, mae ffisegwyr arbrofol yn defnyddio modelau mewn ffyrdd cymhleth ac yn aml nid yw'r broses yn cael ei gwneud yn eglur mewn cyrsiau labordy ffiseg. Rydym wedi datblygu fframwaith i ddisgrifio'r broses fodelu mewn gweithgareddau labordy ffiseg. Mae'r fframwaith wedi arwain ein trawsnewidiadau cwrs, ymchwil i ddysgu myfyrwyr, a'n hasesiad o ganlyniadau myfyrwyr. Byddaf yn cyflwyno'r fframwaith, sut rydym yn ei ddefnyddio i drawsnewid ein cyrsiau labordy, ac asesiad graddadwy newydd a ddefnyddir i fesur gallu modelu myfyrwyr.

Mae dynameg lled-ronynnau mewn cyflyrau mater nad ydynt yn gydbwysedd yn datgelu'r cyplu microsgopig sylfaenol rhwng graddau rhyddid electronig, troelli a dirgrynol. Rydym yn anelu at ddarlun wedi'i ddatrys gan y wladwriaeth cwantwm o gyplu ar lefel hunan-egni lled-ronynnau, sy'n mynd y tu hwnt i ddisgrifiadau sefydledig ar gyfartaledd, ac sy'n gofyn am dechnegau datrys momentwm cyflym iawn. Mae dynameg electronau ac ecsitonau yn cael ei fesur gyda sbectrosgopeg ffotodrydanol pedwar dimensiwn a datrys ongl (TRARPEs), sy'n cynnwys ffynhonnell laser XUV cyfradd ailadrodd uchel [1] a synhwyrydd microsgop momentwm [2]. Byddaf yn enghreifftio'r dull arbrofol hwn trwy drafod dynameg electron ac ecsiton yn y dichalcogenide metel pontio lled-ddargludol WSE2 [3,4]. Mae ein dull yn darparu mynediad i ddosbarthiad dros dro cludwyr poeth yn y parth Brillouin cyfan o lled-ddargludyddion llawn lluniau ac yn caniatáu meintioli dynameg ymlacio ynni. Byddaf yn braslunio gallu sbectrosgopeg ffoto-allyriadau amlddimensiwn o ddarparu gwybodaeth orbitol [5], o ddelweddu newid y strwythur electronig yn ystod trawsnewidiadau cyfnod [6,7], ac o ddatgelu prosesau trosglwyddo ynni rhyngwynebol mewn heterostrwythurau nanoraddfa. Ceir golygfa gyflenwol o ddeinameg ffonon tra-chyflym trwy ddiffreithiant electron ffemtoeiliad. Mae'r signal gwasgaru elastig ac anelastig yn datgelu esblygiad tymhorol cyffroi dirgrynol y dellt a gwybodaeth datrys momentwm poblogaethau ffonon dros dro [8].

[1] M. Puppin et al., Rev. Sci. Inst. 90, 23104 (2019). [2] J. Maklar et al., arXiv:2008.05829 (2020). [3] R. Bertoni et al., Phys. Rev. Lett. 117, 277201 (2016). [4] D. Christiansen et al., Phys. Rev. B 100, 205401 (2019). [5] S. Beaulieu et al., Phys. Rev. Lett., derbyniwyd; arXiv:2006.01657 (2020). [6] C.W. Nicholson et al., Science 362, 821 (2018). [7] S. Beaulieu et al., arXiv:2003.04059 (2020). [8] L. Waldecker et al., Phys. Rev. Lett. 119, 036803 (2017).

Mae lled-ddargludyddion Van der Waals fel dichalcogenidau metel pontio (TMD) yn nodi ffin newydd ar gyfer ffiseg mater cyddwysiad a'r optoelectroneg. Mae dau ddimensiwn y TMDau monohaen a sgrinio dielectrig gwan yn esgor ar welliant sylweddol o'r rhyngweithio Coulomb. O ganlyniad, mae eiddo optegol TMDau yn cael eu dominyddu'n eang gan ecsitonau, parau twll electronig wedi'u rhwymo gan Coulomb-. Gydag egni rhwymo ecsiton uchel, cryfder oscillator ecsiton mawr, a hyblygrwydd integreiddio digynsail gyda saernïaeth optegol, mae TMDau yn darparu llwyfan newydd i astudio polariton ecsiton, lled-ronyn newydd a ffurfiwyd gan gyplu cryf rhwng ecsiton a ffoton. Yn y sgwrs hon, byddaf yn dechrau gyda'r polaritoniaid ecsiton mewn monohaenau TMDau ynghyd â grisial ffotonig un dimensiwn [1]. Yna byddaf yn cyflwyno dau fath o heteroishaenau TMDau ac yn siarad am sut mae priodweddau ecsitonau yn cael eu rheoli gan heterostrwythurau [2,3]. Yn olaf, mae'r ddau fath hyn o heteroishaenau wedi'u hintegreiddio â cheudodau optegol, sy'n arwain at ryngweithiadau ffoton-eciston mewn cyfundrefnau cyplu gwan a chryf yn y drefn honno [4].

Cyfeirnodau:
1. Zhang, L., Gogna, R., Burg, W., Tutuc, E. & Deng, H. Photonic-crystal exciton-polaritons in monolayer semiconductors. Nature Communications 9, 1–8 (2018). 2. Zhang, L. et al. Highly valley-polarized singlet and triplet interlayer excitons in van der Waals heterostructure. Phys. Rev. B 100, 041402 (2019). 3. Zhang, L. et al. Twist-angle dependence of moiré excitons in WS 2 /MoSe 2 heterobilayers. Nature Communications 11, 5888 (2020). 4. Paik, E. Y*. Zhang, L*. et al. Interlayer exciton laser of extended spatial coherence in atomically thin heterostructures. Nature 576, 80–84 (2019).

Roedd clystyrau seren wych yn elfen bwysig o ffurfio sêr yn y bydysawd cynnar, lle roeddent yn chwarae rhan hanfodol hefyd wrth hunanreoleiddio ffurfiant seren trwy eu hadborth. Maent yn fwyaf tebygol o fod yn rhaglenyddion clystyrau globwlaidd. Felly, mae'n bwysig deall sut y daethon nhw i fodolaeth. Yn y bydysawd heddiw, maent yn dal i gael eu ffurfio'n helaeth mewn galaethau amrywiol, ond maent yn hynod brin yn ein Galaeth ein hunain. Mae un rhanbarth sy'n ffurfio sêr ymgeisydd yn rhanbarth y ganolfan Galactig, SGRB2, sydd â'r potensial i ffurfio un neu hyd yn oed ddau glwstwr uwch seren heddiw. Byddaf yn cyflwyno astudiaethau aml-raddfa ac aml-donfedd o'r rhanbarth hwn sy'n taflu rhywfaint o oleuni ar y broses ffurfio.

Mae gan olau y gallu rhyfeddol i ddatgelu nodweddion cwantwm o dan amodau amgylchynol, gan wneud archwilio'r byd cwantwm yn ymarferol yn y labordy a'r maes. Ymhellach, mae argaeledd cydrannau optegol integredig o ansawdd uchel yn ei gwneud hi'n bosibl beichiogi o wladwriaethau cwantwm ar raddfa fawr trwy ddod â llawer o wahanol ffynonellau golau cwantwm ynghyd a'u trin mewn modd cydlynol a'u canfod yn effeithlon. Gan ddefnyddio’r llwybr hwn, gallwn ragweld rhwydwaith cwantwm ffotonig y mae modd ei raddio a fydd yn hwyluso paratoi cydberthyniadau cwantwm dosbarthedig ymhlith llawer o drawstiau ysgafn. Bydd hyn yn golygu y gellir cyrchu trefn newydd o gymhlethdod gwladwriaethol - un lle mae'n amhosibl defnyddio cyfrifiaduron clasurol i bennu strwythur a dynameg y system. Mae hon yn drefn newydd nid yn unig ar gyfer darganfod gwyddonol, ond hefyd bwrpas ymarferol: efallai y bydd yr un cymhlethdod o systemau cwantwm mawr yn cael eu harneisio i gyflawni tasgau sy'n amhosibl gan ddefnyddio technolegau prosesu gwybodaeth hysbys yn y dyfodol. Er enghraifft, gall cyfrifiaduron cwantwm cyffredinol delfrydol fod yn esbonyddol yn fwy effeithlon na pheiriannau clasurol ar gyfer rhai dosbarthiadau o broblemau, a gall cyfathrebiadau fod yn gwbl ddiogel. Bydd peiriannau cwantwm ffotonig yn agor ffiniau newydd mewn gwyddoniaeth a thechnoleg cwantwm.

Bywgraffiad: Yr Athro Ian Walmsley FRS yw ail Brofost Coleg Imperial Llundain ers mis Medi 2018 ac mae hefyd yn Gadeirydd Ffiseg Arbrofol yn y Coleg. Cyn ymuno ag Imperial, gwasanaethodd yr Athro Walmsley fel Dirprwy Is-Ganghellor (Ymchwil ac Arloesi) ac Athro Ffiseg Arbrofol Hooke ym Mhrifysgol Rhydychen. Graddiodd yr Athro Walmsley o Imperial gydag anrhydedd dosbarth cyntaf mewn ffiseg yn 1980, a chwblhaodd ei ddoethuriaeth ym Mhrifysgol Rochester cyn gweithio'n ôl-ddoethurol ym Mhrifysgol Cornell. Daeth yn Athro Cynorthwyol Opteg ym Mhrifysgol Rochester ym 1988, a bu mewn nifer o swyddi yno cyn ymuno â Phrifysgol Rhydychen yn 2001 fel Athro Ffiseg Arbrofol. Roedd hefyd yn Uwch Gymrawd Gwadd ym Mhrifysgol Princeton. Fe'i penodwyd yn Ddirprwy Is-Ganghellor (Ymchwil) Prifysgol Rhydychen yn 2009, gan ddod yn Ddirprwy Is-Ganghellor (Ymchwil ac Arloesi) yn 2015. Yn Rhydychen, arweiniodd Hwb Technolegau Gwybodaeth Cwantwm Rhwydweithiol a bu'n arwain creu Sefydliad Rosalind Franklin. Roedd yn aelod o Dîm Cynghori Strategol Ffiseg EPSRC ac roedd ar Fwrdd Cynghori Gwyddoniaeth Max Planck Institute for Quantum Optics. I gydnabod ei gyfraniadau at opteg cwantwm ac opteg gwibgyswllt, etholwyd yr Athro Walmsley yn Gymrawd y Gymdeithas Frenhinol yn 2012. Mae hefyd yn Gymrawd y Sefydliad Ffiseg, Cymdeithas Ffisegol America a Chymdeithas Optegol America.

I'w gadarnhau

I'w gadarnhau

I'w gadarnhau

Seminarau 2019

Bydd y seminar hwn yn canolbwyntio ar dair llinell amsugnol o ymchwil i nanoffotoneg, gan gynrychioli tair amserlen olynol o’r ffiseg berthnasol. Bydd yn dechrau â’r arsylwad arbrofol cyntaf o effaith giroptegol a ragfynegwyd 40 mlynedd yn ôl [1,2]. Nesaf, bydd yn ystyried yr ôl-jetiau lleiaf (‘nanojetiau’) a grëwyd erioed, ac yn trafod sut gellir eu defnyddio i gydosod metamaterialau newydd [3,4]. Ac yn olaf, gydag ysbrydoliaeth o wyddonias agerstalwm (steampunk), bydd yn arddangos sut gall techneg sefydlogi anwedd wella synwyryddion cwantwm [5]. Pan mae golau’n tywynu ar nanoronynnau (NPs), mae’n cael ei amsugno gan yr electronau yn y lle cyntaf (amserlen fs). Mae’r electronau hyn yn esgor ar ‘brosesau optegol aflinol yn y man, fel cynhyrchu ail harmonig (SH), lle mae dau ffoton ar yr un amledd yn cael eu trosi’n un ffoton ar ddwywaith yr amledd hwnnw \Omega. Mae’r cynhyrchu SH hwn yn addawol ar gyfer cymwysiadau, yn seiliedig ar drosi amledd (at gynhyrchu laserau), ar nodweddu optegol aflinol[6,7] (e.e. microsgopeg) ac ar metawynebau (ar gyfer cydrannau telecom ultrathin). Yn ddiweddar, dangosodd ein tîm, mewn NPs metel cylchol (y rhai sydd heb gymesuredd drych) bod arddwysedd y golau, wedi'i wasgaru ar amledd SH, yn gymesur â'r cylchredeg, gweler Ffig. 1 [yn y poster]. Rhagwelwyd yr effaith hon 40 mlynedd yn ôl, mae >10,000 yn fwy sensitif nag effeithiau optegol llinol cyfatebol a gallai alluogi fferyllol mwy diogel.

Gan gymryd fawr ddim heblaw cwtigl cyffredin, wedi'i lwytho ag ychydig bach o felanin, mae gloÿnnod byw wedi esblygu rhai metawynebau syfrdanol. Ac iddynt ddim ond micronau o drwch yn aml, mae'r rhain yn gweithredu fel adlewyrchyddion a polaryddion dethol yn ogystal â bod weithiau'n wasgarwyr cryf iawn (gwyn) neu'n amsugnyddion cryf iawn (du) o ymbelydredd electromagnetig. Yn yr un modd, gall metelau wedi'u strwythuro ar yr wyneb, metawynebau, arwain at effeithiau annisgwyl: er enghraifft amsugno detholus, hyd yn oed ar donfeddi hir lle mae disgwyl i fetelau ymddwyn fel drychau bron yn berffaith, neu hyd yn oed plygiant negyddol.

Gwneir pilenni celloedd ar gyfer rhan fawr o lipidau sydd wedi'u hymgynnull mewn bilayers. Mae pilenni yn ymddwyn fel 2D-hylif, ond mae ganddyn nhw briodweddau mecanyddol rhyfedd hefyd oherwydd gellir eu plygu i'r cyfeiriad perpendicwlar, yn ogystal â'u hymestyn. Nid yw'r mudiant Brownian o gynhwysiant sydd wedi'i ymgorffori mewn pilenni, fel proteinau traws-bilen yn ddibwys ac mae wedi'i ddisgrifio'n dda gan y model Saffman-Delbrück a dderbynnir ers amser maith. Fodd bynnag, mae ymddygiad cyfoethog yn codi ar gyfer cynhwysiadau â siapiau anghymesur, sy'n plygu pilenni yn lleol. Gellir arsylwi cyplysu rhwng dosbarthiad a dwysedd cynhwysiant yn ogystal â gwyro i symudedd cynhwysiant a ddisgrifir gan Saffman-Delbrück. Byddaf yn darlunio gyda rhai enghreifftiau yr eiddo rhyfedd hyn sy'n benodol i bilenni hylif, ac yn trafod rhai canlyniadau i gelloedd byw.

Uwchnofau yw marwolaethau anhygoel o oleuol sêr sy'n chwarae rolau hanfodol mewn cyfoethogi cemegol, mecanweithiau adborth galaeth, ac esblygiad serol. Yn benodol, roedd uwchnofau Math Ia, ffrwydradau sêr corrach gwyn mewn systemau deuaidd, yn allweddol wrth ddarganfod egni tywyll. Fodd bynnag, mae beth yw eu systemau epil, a sut maen nhw'n ffrwydro, yn parhau i fod yn ddirgelwch. Mae tystiolaeth arsylwadol gynyddol bod sawl corrach gwyn yn gallu ffrwydro. Byddaf yn adolygu statws yr hyn a wyddom am y systemau serol sy'n cynhyrchu uwchnofau Math Ia, yn ogystal â thrafod y sŵ o ddarganfyddiadau rhyfedd a ddarganfuwyd yn ddiweddar y rhagwelir y byddant hefyd yn deillio o ffrwydradau corrach gwyn, fel uno He-shell, digwyddiadau aflonyddu llanw, uno treisgar. Mae gwahaniaethu rhwng y senarios ffrwydrad hyn a deall eu hamrywiaeth yn hanfodol ar gyfer cynhyrchu'r samplau gorau ar gyfer mesuriadau manwl-gywirdeb y paramedrau cosmolegol yn y dyfodol.

Er gwaethaf y ffaith bod y rhan fwyaf o'r ymbelydredd a allyrrir yn y bydysawd ers i'r Glec Fawr fod yn yr ystod THz, ni ddaeth ffynonellau THz sydd ar gael yn rhwydd i'r amlwg tan ddiwedd yr 20fed ganrif. Hefyd, profwyd bod canfod tonnau THz yn heriol iawn. Arafodd yn gyfan gwbl fabwysiadu tonnau THz (a thechnoleg), gan wneud y ffenestr sbectrol hon wedi'i rhyngosod rhwng y cyfundrefnau optegol a microdon (tua 0.3 - 3 THz; ystod tonfedd rhwng 1 mm a 0.1 mm) yn gymharol heb ei harchwilio. Gwneir ymdrech fawr yn awr i ddatblygu sbectrwm o'r fath gan ei fod yn addo ar gyfer y genhedlaeth nesaf o gyfathrebu diwifr, diagnosis meddygol, cymwysiadau diogelwch (olion bysedd cemegol a sgrinio standoff) a phrosesau rheoli diwydiannol. Mae potensial THz yn y parthau hyn yn deillio o allu ymbelydredd THz i ddarparu mwy o led band na microdonnau / tonnau milimetr ac i basio trwy lawer o ddeunyddiau afloyw optegol (ee dillad, papur, ac ati), yn ogystal â'r ffaith bod hynny'n benodol. mae cylchdroadau, dirgryniadau neu librations moleciwlau ac agregau moleciwlaidd yn digwydd yn yr ystod amledd hon. Yn ogystal, mae ymbelydredd THz yn ddi-ïoneiddio ac yn ddiogel, yn wahanol i belydrau-X. Mae sbectrosgopeg parth amser Terahertz wedi dod i'r amlwg fel prif foddoldeb sbectrosgopig i lenwi'r hyn a elwir yn THz-gap a bydd y seminar hon yn arddangos y defnydd o'r dechneg ar gyfer dau gymhwysiad: (1) datblygu tonnau tonnau gwasgariad isel colled isel ('ceblau'); (2) dealltwriaeth o'r ffenomen trosglwyddo anghyffredin.

I’w gadarnhau.

I’w gadarnhau.

Mae ein llun sylfaenol o fater cyddwys yn cynnwys tynnu gwahaniaeth rhwng 'trefn' ac 'anhwylder', fel y gwelir, yn y drefn honno, gan gopaon a blobiau Bragg neu gylchoedd gwasgaru. Fodd bynnag, gall ffynonellau gwasgaru pelydr-X a niwtron modern, cydraniad uchel ddatrys trydydd math o wasgaru: 'pwyntiau pinsio' - ger hynodion yn y ffactor strwythur sy'n dynodi math arbennig o gyflwr cydberthynol iawn nad yw wedi'i drefnu'n llwyr, nac ag anhwylder llwyr. Yn y sgwrs hon, byddaf yn egluro sut mae pwyntiau pinsio yn rhith yn rhannol ac yn rhannol yn ddiagnostig pwysig o gyflwr arbennig iawn. I egluro hyn, cyfeiriaf at sawl math o ddeunydd a meta-ddeunydd, gan gynnwys iâ dŵr, rhew troelli, iâ troelli artiffisial, solidau ïonig a modelau o hylifau dipolar, electrolytau a gorlifau. Byddaf hefyd yn tynnu sylw at gyfatebiaethau â ffiseg gyffredinol.

Mae gan astrometreg o'r gofod fanteision unigryw dros arsylwadau ar y ddaear: mae'r amgylchedd gweithredu awyr-gyfan, cymharol sefydlog a thymheredd a gravity-invariant yn darparu manwl gywirdeb, cywirdeb a chyfaint sampl sawl gorchymyn maint yn fwy na chanlyniadau ar y ddaear. Yn bwysicach fyth, mae astrometreg absoliwt yn bosibl. Mae cenhadaeth Cornerstone Asiantaeth Ofod Ewrop Gaia yn cyflawni'r addewid hwnnw. Mae Gaia yn darparu mesuriadau gofod cyfnod 5-D, 3 cyfesuryn gofodol a dau gynnig gofod yn awyren yr awyr, ar gyfer sampl gynrychioliadol o boblogaethau serol y Llwybr Llaethog (dros 1 biliwn o sêr, sef ~ 1% o'r sêr dros 50% o y gyfrol). Cyflwynir data gofod cyfnod 6-D llawn o gyflymderau llinell-y-golwg (rheiddiol) ar gyfer y 300miliwn o sêr disgleiriaf. Mae'r data hyn yn gwneud cyfraniadau sylweddol i astroffiseg a ffiseg sylfaenol ar raddfeydd o Gysawd yr Haul i gosmoleg, o asteroidau i donnau disgyrchiant. Rhoddir ychydig o ganlyniadau enghreifftiol sy'n dangos y ddealltwriaeth sy'n newid yn gyflym o hanes ein Llwybr Llaethog.

I’w gadarnhau.

I’w gadarnhau.

I’w gadarnhau.

Seminarau 2018

Mae systemau microelectromecanyddol (MEMS) a systemau nanoelectromecanyddol (NEMS) yn ymgeiswyr delfrydol ar gyfer archwilio hylifau cwantwm, gan y gellir eu cynhyrchu yn atgynhyrchadwy, yn cwmpasu'r ystod amledd o gannoedd o kilohertz hyd at gigahertz ac fel rheol mae ganddynt afradu pŵer isel iawn.

Mae eu maint bach yn cynnig y posibilrwydd o archwilio'r cyddwysiad ar raddfeydd sy'n debyg i, ac islaw, hyd y cydlyniant. Wedi dweud hynny, ni fu unrhyw fesuriadau llwyddiannus o adferwyr NEMS hyd yma yng nghyfnodau hylif heliwm.

Yma rydym yn riportio gweithrediad nanocantilevers alwminiwm sydd wedi'i glampio'n ddwbl mewn 4He gormodol ar dymheredd sy'n rhychwantu'r trawsnewidiad gorlif. Dangosir bod y dyfeisiau'n synwyryddion sensitif iawn o'r dwysedd gormodol a'r tampio hylif arferol. Rydym yn defnyddio cyseinyddion nanomecanyddol gyda ffactor ansawdd uchel iawn i archwilio 4He gormodol ar dymheredd milikelvin hefyd.

Mae sensitifrwydd uchel y dyfeisiau hyn i gyffro thermol yn yr amgylchedd yn ei gwneud hi'n bosibl eu gyrru gan ddefnyddio'r trosglwyddiad momentwm o ffononau a gynhyrchir gan wresogydd cyfagos. Mae'r gwynt ffonon, fel y'i gelwir, yn effaith thermomecanyddol i'r gwrthwyneb na ddangoswyd erioed hyd yma.

Mae dadansoddi, llunio, a chyfieithu rhwng cynrychioliadau graffigol, darluniadol a mathemategol o syniadau ffiseg a rhesymu yn hyblyg trwyddynt (cymhwysedd cynrychioladol) yn nodwedd allweddol o arbenigedd. Mae'n heriol i ddysgwyr ddatblygu, ond ychydig o gyfarwyddyd sydd wedi'i gynllunio'n benodol gyda'r pwrpas hwn mewn golwg.

Bydd y sgwrs hon yn canolbwyntio ar rôl efelychiadau cyfrifiadurol rhyngweithiol gyda sgaffaldiau priodol wrth gefnogi dysgu cynrychioladol. Rydym wedi bod yn datblygu tiwtorialau efelychu cyfun ar gyfer dysgu mecaneg cwantwm, lle mae myfyrwyr yn gweithio ar broblemau yn annibynnol yn gyntaf, gan lunio cynrychioliadau y byddant yn eu gweld yn ddiweddarach yn yr efelychiad, ac yna problemau pellach gyda chymorth efelychu.

Bydd y sgwrs hon yn disgrifio strwythur a dilyniant y sesiynau tiwtorial efelychu ac yn cyflwyno canlyniadau cyn, canol ac ôl-brofion i asesu dysgu myfyrwyr.