Onderzoeker

Matthew Houtput

Onderzoeksexpertise: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.

Trefwoorden:FYSICA VAN DE GECONDENSEERDE MATERIE, POLARONEN, VEELDEELTJESTHEORIE, ELEKTRON PHONON INTERACTIE, BIPOLARONEN, OPTISCHE ABSORPTIE, KWANTUMVELDTHEORIE, Natuurkunde

Disciplines:Klassieke fysica, Fysica van gecondenseerde materie en nanofysica, Materiaalfysica, Mathematische fysica, Optische fysica, Kwantumfysica, Elektronische (transport)eigenschappen, Magnetisme en supergeleiding, Optische eigenschappen en stralingsinteracties, Halfgeleiders en semimetalen, Fysica van de gecondenseerde materie en nanofysica niet elders geclassificeerd, Klassieke en fysieke optica

Onderzoekstechnieken:Als theoretische fysicus doe ik voornamelijk analytische berekeningen met pen en papier om tot mijn resultaten te komen. Meestal leiden deze berekeningen tot een aantal vergelijkingen of integralen die numeriek opgelost moeten worden. Ik doe het meeste van mijn numeriek werk in Matlab, en kleine delen in Mathematica en Python. Bij voorkeur gebruik ik de padintegraalmethode en de Greense functie methode om problemen op te lossen. Hierdoor heb ik veel expertise en inzicht in deze methodes. Ik ben op dit moment ook dichtheidsfunctionaaltheorie aan het leren, om mijn huidige theoretische resultaten te kunnen overdragen naar het veld van computationele vastestoffysica.

Gebruikers van onderzoeksexpertise:Mijn onderzoek is gericht naar andere onderzoekers in de vastestoffysica, die mijn algemene kwalitatieve voorspellingen kunnen omzetten in concrete toepassingen voor materialen. Dit is het gemakkelijkst uitgelegd aan de hand van twee voorbeelden. Ten eerste heb ik een ééndimensionaal model van een diamant aambeeld cel onderzocht. Deze worden vaak gebruikt in hogedruk experimenten op metallisch waterstof. Het voornaamste resultaat van dit onderzoek was een ondergrens op de latente warmte voor de faseovergang van moleculair naar metallisch waterstof. Deze ondergrens werd gebruikt door de experimentele fysici die dit experiment uitvoerden om hun resultaten juist te interpreteren. Ten tweede toont mijn onderzoek naar anharmonische polaronen dat grote bipolaronen waarschijnlijk kunnen vormen in materialen met sterke elektron-fonon interactie en significante anharmoniciteit. Dit is een belangrijk resultaat aangezien er op dit moment geen experimenteel bewijs voor grote bipolaronen is, en omdat theoretische berekeningen die geen anharmoniciteit in rekening brengen vinden dat bipolaronvorming enkel mogelijk is bij onrealistisch sterke elektron-fonon interactie. Mijn resultaat geeft een kwalitatieve richtlijn om een materiaal te kiezen waar bipolaronvorming misschien mogelijk is (zoals strontiumtitanaat, kaliumtantalaat, ...): deze materialen kunnen dan verder onderzocht worden door experimentele of computationele experts.