Exact results relating organic periodic structures  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
100288
Type K
Principal investigator Gulácsi, Zsolt
Title in Hungarian Organikus periodikus rendszerekre vonatkozó egzakt eredmények
Title in English Exact results relating organic periodic structures
Keywords in Hungarian Kvantummechanikai sokrészecskés nem-integrálható rendszerek, egzakt eredmények, szerves anyagok
Keywords in English Quntum mechanical many-body non-integrable systems, exact results, organic materials
Discipline
Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Solid state physics
Panel Physics 1
Department or equivalent Department of Theoretical Physics (University of Debrecen)
Starting date 2012-01-01
Closing date 2015-12-31
Funding (in million HUF) 5.281
FTE (full time equivalent) 2.00
state closed project
Summary in Hungarian
A periodikus szerves vegyületek fizikai tulajdonságainak leírása ma kitüntetett fontossággal bír, mert ezen anyagok lényegi komponenseket szolgáltatnak eszközfejlesztés terén, az 1-100 nméter skálán, a molekuláris nanotechnológia szintjén. A tényállás oka: a) e rendszerek potenciális és olcsó helyettesítőket jelentenek a konvencionális fém és félvezetők tekintetében, és b) ezen anyagok
eddig elképzelhetetlen új fejlesztési lehetőségeket nyitnak, pl.: kondenzátumok és rendezett fázisok (pl. ferromágnesesség) műanyagon, flexibilis és ezáltal összegyűrhető elektronika, feloldódó vagy biodegradábilis elektronika amely az emberi szervezet belsejében adagol orvosságot, stb. Az elmélet szintjén, azért mert ezen rendszerek periodikusan ismétlődő egységből épülnek fel (Bravais periodicitás), többnyire a szilárdtestfizika keretébe tartozik a fizikai tulajdonságok leírása, mely eddig, elektronok közötti kölcsönhatások nélkül folyt, tehát nem vette figyelembe az elektronikus korrelációs hatásokat. Új publikált eredmények azonban azt mutatják, hogy a szóban forgó vegyületek erősen korreláltak (pl. a lokális Coulomb kölcsönhatás 9.3 eV is lehet), ezért a tanulmányozásukat egzakt módszerekkel végezzük majd (hallgatók bevonásával). Mivel ezen anyagok esetében, még a közelítéses leírások száma is nagyon kicsi, a kutatás eredményei nagymértékben előremozdíthatják e rendszerek fizikai tulajdonságainak megismerését és megértését. 1-2 dimenziós struktúrákra koncentrálunk majd, olyanokra amelyek négy, öt, vagy hatszögű ismétlődő egységekből épülnek fel. A célkitűzés alap és alacsony fekvésű gerjesztett állapotok pontos jellemzése eddig nem tanulmányozott esetekben, beleértve korrelációs függvényeket is. Az eredmények nemzetközileg elismert professziónális, lektorált folyóiratokban kerülnek publikálásra. E rendszerek nem integrálhatóak, ezért egy speciális, általunk kifejlesztett módszerrel lesznek leírva (lásd pl. PRL 105,266403(2010)), tekintélyes külföldi kollaboráció hátterében, azaz a projekt megvalósítható.
Summary
The description of physical properties of periodic organic structures is of special importance today since these materials provide genuine objects for applications in device design techniques on 1-100 nanometer length scale, at the level of molecular nanotechnology. This is because: a) these systems potentially lead to low-cost replacement possibilities for conventional metals and semiconductors, and b) these materials are opening new development possibilities unimaginable befor, as: condensates and ordered phases (like ferromagnetism) on a plastic, flexible hence crumplable electronics, circuits from soluble materials, biodegradable devices used in drug delivery inside of the human body, etc. At the level of the theory, since these materials are built up from periodic arrangements of given patterns ( Bravais periodicity), condensed matter theory is mainly involved in the description of physical properties. In this field, such systems have been treated in the past without inter-electronic interactions, hence without taking into account electronic correlation effects. Recently published results however show that these materials are strongly correlated (for exemple, the local Coulomb interaction attains even 9.3 eV), hence we intend to use exact treatement in the description of their properties, (students being also involved in research). Since in the case of these systems even the number of approximated descriptions is small, the results provided by this research could substantially advance the knowledge and understanding of these materials. 1-2 dimentional structures are in view holding quadrilateral, pentagon and hexagon type of repeat units. The goal is to describe in exact terms ground and low lying state properties not analyzed before, including correlation functions. The results will be published in internationally recognized professional peer reviewed journals. The systems being non-integrable, a special technique developed by us (e.g. PRL105,266403 (2010) ) will be used in the description, strong international collaboration is in beckground, hence the project is feasible.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatási szerződés 1 kutató és 2 diákja, éspedig a pályázatban névlegesen megnevezett doktorandusz (Trencsényi Réka), illetve a pályázatban "Második Hallgató"-ként megnevezett Fizikus Hallgató (Kovács György) -- illetve az említett 3 személy a témakörben keltett kollaborációi -- kutatási tevékenységének tudományos eredményeit segítette elő. Ezen eredmények számszerűsítve: 17 nemzetközi referált fizikai és matematikai szakfolyóiratban külföldön angolul publikált cikk, ősszoldalszám: 256, ősszimpaktfaktor: 16.984. Az eredmények alapján Trencsényi Réka 2015-ben PhD fokozatot nyert el (sikeres védés 2015 márciusában); Kovács György 2014 júniusában BsC oklevelet szerzett, MsC diplomamunkája szintén az eredmények alapján készül (védés 2016 júniusában lesz); a témavezető pedig 2012-2015 periódusban összesen 15 nemzetközi konferencia meghívott előadási felkérést kapott a világ különböző országaiban (Németország, Kína, India, Törökország, Olaszország, Spanyolország) melyeknek eleget téve közölte és népszerűsítette az elért eredményeket (a csoport más rendes nemzetközi konferencia részvételeiből eredő bemutatásai mellett). A publikációk és konferencia bemutatások a sokrészecskés nem-integrálható kvantummechanikai rendszerekre vonatkozó egzakt eredmények levezetése módszertanának fejlesztése és organikus periodikus rendszerekre vett alkalmazása nyomán születtek meg. A fiatal generációval együtt dolgozva új fázisokat, illetve ezek jellemzőit és tulajdonságait tártuk fel.
Results in English
The presented results reflect the scientific work of 1 researcher and his 2 students, namely a named PhD student (Réka Trencsényi), a second person specified in the application as "Second Student" (György Kovács), and the collaborations generated by these people in the subject. The results are included in 17 papers published in English, in peer reviewed international physics and mathematics periodicals, the totaly published number of pages being 256, while the total impact factors published is 16.984. Based on the obtained results: Réka Trencsényi obtained her PhD degree in 2015 (successfully defended PhD dissertation in March 2015); György Kovács obtained his BsC degree in June 2014, and his MsC dissertation, which is based also on the obtained results, is now in preparation (the defend will take place on June 2016); and, in the period 2012-2015, the contract leader has received 15 requests for international conference invited talk presentations worldwide (Germany, China, India, Turkey, Italy, Spain). Disseminating the results, all these invitations have been satisfied (besides the presentation of contributing talks at international conferences by group members). The publications and conference presentations were related to the development of exact results providing techniques for many-body non-integrable quantum systems and their application to periodic organic materials. Coopting the young generation as well, new phases and their characteristics have been deduced.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=100288
Decision
Yes





 

List of publications

  
R. Trencsényi, Z. Gulácsi: The emergence domain of an exact ground state in a non-integrable system: the case of the polyphenylene type of chains, Philosophical Magazine, Vol. 92, No:36, pg. 4657-4673, (2012)., 2012
E. Kovács, Z. Gulácsi: Exact ground states for quasi 1D systems with Hubbard interaction, Journal of Nano and Electronic Physics, Vol.4, No:1, Identifier: 01004, 6 pages, (2012), 2012
E. Kovács, Z. Gulácsi: Electron pairs in the ground states of chain structures, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 26, 1781, (2013), 2013
Z. Gulácsi: Exact results for non-integrable systems, Journal of Physics Conf. Ser. 410, 012011, (2013), 2013
Z. Gulácsi: Exact ground states of correlated electrons on pentagon chains, Internat. Jour. of Modern Physics B27(14), 1330009 (2013), 64 oldal, 2013
Z. Gulácsi, M. Gulácsi: Exact results for non-integrable systems: application on pentagon chains in the below system half filling concentration region, Aditi Journal of Mathematical Physics, Vol. 4, 45-76, (2013), 2013
E. Kovács, R. Trencsényi, Z. Gulácsi: Magnetic nano-grains from a non-magnetic material: a possible explanation, IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering: 47, 012048 (2013) (Open Access), 2013
M. Gulácsi, Gy. Kovács, Z. Gulácsi: Exact ferromagnetic ground state of pentagon chains, Phil. Mag. Letters Vol. 94, 269-277, (2014), 2014
R. Trencsényi, K. Glukhov, Z. Gulácsi: Exact ground state for the four electron problem in a 2D honeycomb lattice, Phil. Mag. Vol. 94, 2195-2223, (2014), 2014
Z. Gulácsi: Interaction-created effective flat bands in conducting polymers, Eur. Phys. Jour. B. Vol. 87, 143, (2014), 2014
M. Gulácsi, Gy. Kovács, Z. Gulácsi: Flat band ferromagnetism without connectivity conditions in the flat band, Europhys. Letters Vol. 107, 57005, (2014), 2014
M. Gulácsi, Gy. Kovács, Z. Gulácsi: An extension to flat band ferromagnetism, Mod. Phys. Letters B. Vol. 28, 1450220, (2014), 2014
Gy. Kovács, Z. Gulácsi: Pentagon chains in external fields,, Phil. Mag. Vol. 95, 3674-3695, 2015
Gy. Kovács, K. Glukhov, Z. Gulácsi: Quadrilateral quantum chain Hamiltonian cast in positive semidefinite form containing non-linear fermionic contributions, WSEAS Trans. on Appl. and Theor. Mech. Vol. 10, 187-193, 2015
Z. Gulácsi: Deducing exact ground states for many-body non-integrable systems, Int. Jour. Math. Mod. and Meth. in Appl. Sci. Vol. 9, 691-699, 2015
M. Gulácsi, M. A. M. El-Mansy, Z. Gulácsi: Electron-phonon interactions in conducting polymers, Phil. Mag. Letters accepted for publication, 2015
M. Gulácsi, Z. Gulácsi: Emergence of ferromagnetism in conducting polymers in the presence of lattice vibrations, Mod. Phys. Lett. B. submitted, 2015
Z. Gulácsi: Exact study of ferromagnetism in conducting polymers via positive semidefinite operator properties, International Conference on Emerging Trends in Applied Sciences and Mathematics, Nagpur, India, 23 April 2015, Invited talk, 2015
Z. Gulácsi: Condensed Matter Techniques Used for the Study of Magnetic Properties of Conducting Polymers, 4th Annual World Congress of Advanced Materials, Chongqing, China, 29 May, 2015, Invited talk,, 2015
Z. Gulácsi: Exact results relating ferromagnetism in conducting polymers, Shenyang National Laboratory for Material Sciences Workshop, Institute of Metal Research Shenyang, China, 1 June 2015, Invited Talk,, 2015
Z. Gulácsi: Quantum chain Hamiltonian cast in positive semidefinite form with non-linear terms, 6th International Conference on Applied Informatics and Computing Theory, Salerno, Italy, 29 June 2015, Invited talk,, 2015
Z. Gulácsi: Ordered Phases in Conducting Polymers: Description Procedure and Deduced Results, Energy Materials and Nanotechnology International Meeting, EMN-Spain 2015, Donostia-San Sebastian, Spain, 3 Sept. 2015, Invited talk,, 2015
Z. Gulácsi: Positive semidefinite operators used in deducing exact ground states for many-body non-integrable systems, 18th International Conference on Recent Progress in Many-Body Theory, Buffalo, USA, 16 Aug., 2015
R. Trencsényi, Z. Gulácsi: The emergence domain of an exact ground state in a non-integrable system: the case of the polyphenylene type of chains, Philosophical Magazine, Vol. 92, No:36, pg. 4657-4673, (2012)., 2012
E. Kovács, Z. Gulácsi: Exact ground states for quasi 1D systems with Hubbard interaction, Journal of Nano and Electronic Physics, Vol.4, No:1, Identifier: 01004, 6 pages, (2012), 2012
E. Kovács, Z. Gulácsi: Electron pairs in the ground states of chain structures, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 26, 1781, (2013), 2013
Z. Gulácsi: Exact results for non-integrable systems, Journal of Physics Conf. Ser. 410, 012011, (2013), 2013
Z. Gulácsi: Exact ground states for non-integrable systems: solutions relevant to flat band cases, International Workshop on "Localized excitations in flat-band models" University Göttingen, Germany, 13 April 2012, Invited talk, 2012
Z. Gulácsi: Exact ground states for non-integrable systems: results derived for chain structures, BIT's 2nd Annual World Congress of Nano Science and Technology, Qingdao, China, 28 Oct. 2012, Invited talk, 2012
Z. Gulácsi: Positive semidefinite operators used in the exact study of non-integrable many-body systems, International Conference on Mathematical Sciences, Nagpur, India, 28 Dec. 2012, Invited talk, 2012
Z. Gulácsi: Exact ground states derived for non-integrable systems, International Conference on Mathematical Modeling in Physical Sciences, IC-MSQUARE 2012, Budapest, 7 Sept. 2012, Contributing oral presentation, 2012
Z. Gulácsi: Exact result via positive semidefinite operators relating bare and effective flat bands, International Focus Workshop on Flat Bands: Design, Topology and Correlations, Max-Planck-Institut für Physik Komplexer Systeme, Dresden, 7 March 2013, Invited talk 2013, 2013
Z. Gulácsi: Ferromagnetism in highly doped conducting polymers, International Conference on Nanoscale Magnetism ICNM-2013, Istanbul, Turkey, 5 Sept. 2013, Invited talk, 2013
Z. Gulácsi: A new mechanism producing ferromagnetism in conducting polymers, Euro-Asia Economic Forum 2013-3rd Annual World Congress of Nanoscience and Nanotechnology, Xian, China, 27 Sept. 2013, Invited talk, 2013
Z. Gulácsi: Positive semidefinite operators used in the description of quantum mechanical many-body systems,, Workshop, Otto von Guericke University Magdeburg, Germany, 7 June 2013, Invited talk, 2013
Z. Gulácsi: Exact ground states of correlated electrons on pentagon chains, Internat. Jour. of Modern Physics B27(14), 1330009 (2013), 64 oldal, 2013
Z. Gulácsi, M. Gulácsi: Exact results for non-integrable systems: application on pentagon chains in the below system half filling concentration region, Aditi Journal of Mathematical Physics, accepted for publication, 2013
E. Kovács, R. Trencsényi, Z. Gulácsi: Magnetic nano-grains from a non-magnetic material: a possible explanation, IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering: 47, 012048 (2013) (Open Access), 2013
Z. Gulácsi: Exact ground states of correlated electrons on pentagon chains, Internat. Jour. of Modern Physics B27(14), 1330009 (2013), 64 oldal, 2013
Z. Gulácsi, M. Gulácsi: Exact results for non-integrable systems: application on pentagon chains in the below system half filling concentration region, Aditi Journal of Mathematical Physics, Vol. 4, 45-76, (2013), 2013
Z. Gulácsi: Exact results for non-integrable quantum mechanical many-body systems via positive semidefinite operators, International Conference on Recent Advances in Mathematics, ICRAM-2014, Nagpur, India, 22 January 2014, Invited talk, 2014
Z. Gulácsi: Ferromagnetism in doped conducting polymers: description technique, results and mechanism, International Energy Materials Nanotechnology East Meeting, EMN-2014, Beijing, China, 14 May 2014, Invited talk, 2014
Z. Gulácsi: Ferromagnetism in the Low Concentration Limit in Conducting Polymers with Pentagon Cell, 4th Annual World Congress of Nanoscience and Nanotechnology, Theme: Leading new industrial revolution wave, Nano S&T-2014, Qingdao, China, 30 October 2014, Invited talk, 2014
M. Gulácsi, Gy. Kovács, Z. Gulácsi: Exact ferromagnetic ground state of pentagon chains, Phil. Mag. Letters Vol. 94, 269-277, (2014), 2014
R. Trencsényi, K. Glukhov, Z. Gulácsi: Exact ground state for the four electron problem in a 2D honeycomb lattice, Phil. Mag. Vol. 94, 2195-2223, (2014), 2014
Z. Gulácsi: Interaction-created effective flat bands in conducting polymers, Eur. Phys. Jour. B. Vol. 87, 143, (2014), 2014
M. Gulácsi, Gy. Kovács, Z. Gulácsi: Flat band ferromagnetism without connectivity conditions in the flat band, Europhys. Letters Vol. 107, 57005, (2014), 2014
M. Gulácsi, Gy. Kovács, Z. Gulácsi: An extension to flat band ferromagnetism, Mod. Phys. Letters B. Vol. 28, 1450220, (2014), 2014



Back »