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Advanced Computional Methods for Strongly Correlated Quantum Systems

English title Adcanced Computional Methods for Strongly Correlated Quantum Systems
Applicant Troyer Matthias
Number 145300
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Theoretische Physik ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Condensed Matter Physics
Start/End 01.03.2013 - 29.02.2016
Approved amount 167'550.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Condensed Matter Physics
Other disciplines of Physics
Theoretical Physics

Keywords (2)

computational physics; strongly correlated systems

Lay Summary (German)

Lead
Emergente Phänomene in Quanten-Veilteilchen zu verstehen ist eine der grössten Herausforderungen in der modernen Festkörperphysik. Insbesondere bei sogenannten stark korrelierten Systemen sind genaue numerische Methoden nötig, um diese Phänomene zu studieren. Das Ziel der Forschergruppe FOR1807 ist die Entwicklung und Anwendung neuartiger numerischer Methoden, um neue Erkenntnisse im Bereich der stark korrelierten Materie zu erlangen.
Lay summary
Vielteilchensysteme zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Eigenschaften nicht einfach aus der Summe der Einzelteile verstanden werden können, sondern dass neue, unerwartete Phänomene aus dem Zusammenwirken vieler Teilchen entstehen können. Diese sogenannten emergenten Phänomene bilden die Grundlage der modernen Forschung in verschiedenen Bereichen, von der Biologie bis zur Festkörperphysik. The Forschergruppe FOR1807 mit dem Titel "Advanced Computational Methods for Strongly Correlated Quantum Systems" fokussiert sich auf die Festkörperphysik, und hat zum Ziel neuartige numerische Methoden für sogenannte stark korrelierte Systeme zu entwickeln, in denen die Emergenz eine zentrale Rolle spielt. Können wir, ausgehend von den Gesetzen der Quantenmechanik, die Vielfalt der Phänomene von Quanten-Vielteilchensystemen begreifen? Bis heute gibt es keine einzelne Methode, die immer zum Erfolg führt. Vielmehr ist in vielen Fällen ist eine Synergie aus verschiedenen Methoden notwendig, um ein solches System zu erfolgreich zu studieren. Das Ziel der Forschergruppe ist der Zusammenschluss führender Gruppen aus dem deutschsprachigen Raum in Europa, die in diesem Bereich tätig sind. Nebst Gruppen von mehreren Universitäten in Deutschland sind auch die ETH Zürich und die Universität Innsbruck an der Forschergruppe beteiligt. Der Grossteil des finanziellen Forschungsbeitrages (rund 1.5 Millionen Euros für drei Jahre) werden für die Unterstützung von Doktoranden und Postdocs verwendet. Zudem werden Sommerschulen, internationale Konferenzen und Seminare organisiert, die es den beteiligten Forschern erlauben, Teil eines breiten Netzwerks zu werden, und Know-how über die besten numerischen Methoden im Bereich der Quanten-Vielteilchensystemen zu erlangen. 

Direct link to Lay Summary Last update: 12.03.2013

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Probing the stability of the spin-liquid phases in the Kitaev-Heisenberg model using tensor network algorithms
Iregui Juan Osorio, Corboz Philippe, Troyer Matthias (2014), Probing the stability of the spin-liquid phases in the Kitaev-Heisenberg model using tensor network algorithms, in PHYSICAL REVIEW B, 90(19), 195102.
Magnetization of SrCu2(BO3)(2) in Ultrahigh Magnetic Fields up to 118 T
Matsuda Y. H., Abe N., Takeyama S., Kageyama H., Corboz P., Honecker A., Manmana S. R., Foltin G. R., Schmidt K. P., Mila F. (2013), Magnetization of SrCu2(BO3)(2) in Ultrahigh Magnetic Fields up to 118 T, in PHYSICAL REVIEW LETTERS, 111(13), 137204.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Guifré Vidal, Perimeter Institute for Theoretical Physics Canada (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Philippe Corboz, University of Amsterdam Netherlands (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Advanced Numerical Algorithms for Strongly Correlated Quantum Systems Talk given at a conference Probing the stability of the spin liquid phases in the Kitaev-Heisenberg model using tensor network algorithms 23.02.2015 Würzburg, Germany Osorio Iregui Juan;
Condensed Matter Physics Seminar Individual talk Tensor network algorithms for 2D strongly correlated lattice systems 12.11.2014 University of Amsterdam, Netherlands Osorio Iregui Juan;
Quantum Matter Conference Poster Probing the stability of the spin liquid phases in the Kitaev-Heisenberg model using tensor network algorithms 15.06.2014 Benasque, Spain Osorio Iregui Juan;
Fall School 2013 on Advanced Algorithms for Correlated Quantum Matter Talk given at a conference 2 lectures on Tensor networks 30.09.2013 Würzburg, Germany Corboz Philippe;
Workshop Tensor network algorithms in computational physics and numerical analysis Poster Studying the stability of the spin-liquid phase in the Kitaev honeycomb model using iPEPS 15.05.2013 Zürich, Switzerland Osorio Iregui Juan;


Awards

Title Year
Aneesur Rahman Prize for Computational Physics 2016
ERC Starting Grant 2016

Abstract

Recently, there have been a number of very promising new developments in numerical methods for strongly correlated quantum systems. These methods include quantum Monte Carlo, the density-matrix renormalization group (DMRG) and its generalizations (so-called tensor network algorithms), and self-consistent dynamical cluster methods. The aim of this project is to form a coherent network of active researchers in Germany, Austria, and Switzerland, who have made significant contributions to this progress in numerical methods, in order to share expertise and ideas as well as to develop efficient algorithms for the current generation of high-performance computing hardware. Applications include strongly correlated materials, nanostructures, and cold atomic gases. There is potential to make significant advances in long-standing fundamental problems in correlated quantum systems such as frustrated magnetism, doped Mott insulators, and interacting bosonic and coupled fermion-boson systems.
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