- למידת מכונה וכימיה פיזיקלית, חיזוי תכונות דינמיות של חומרים קוונטים באמצעות רשתות נוירונים: דיפוזיה, ספקטרוסקופיה וקצבי ריאקציה.
- פיתוח שיטות לתיאור אפקטים קוונטים בסימולציות קלאסיות: דינאמיקה מולקולרית לדגימה של אינטגרלי מסלול עבור בוזונים ופרמיונים.
- סימולציות של תהליכים כימיים על משטחי מים, כימיה אטמוספרית ואחסון מימן בכלובים דמויי קרח (clathrate hydrates).
מחקרנו מתחלק לשני כיוונים:
- פיתוח סימולציות מולקולריות לתיאור תופעות כימיות ופיזיקליות אשר אינן ניתנות לתיאור מספק באמצעות הכלים הקיימים.
- יישום שיטות אלו ואחרות לפתרון בעיות מרתקות אשר נמצאות בתפר שבין כימיה ופיזיקה.
כלי העבודה העיקרי הוא סימולציות דינמיקה מולקולארית. הן מעין "מיקרוסקופ וירטואלי" המאפשר לעקוב אחר הדינאמיקה הקלאסית של כל אטום בזמן, ולחקור תהליכים כימיים ופיזיקליים עבור מערכות גדולות כגון נוזלים ומוצקים. אך סימולציות אלו אינן מתאימות לטמפרטורות נמוכות ועבור חומרים קוונטים, אשר התכונות המקרוסקופיות שלהם נקבעות מהקורלציה הקוונטית בין החלקיקים המרכיבים אותם. לצערנו, פתרון מדויק למשוואות התנועה הקוונטיות הינו בלתי אפשרי למעט עבור מערכות המורכבות מאטומים מועטים.
כדי להתגבר על בעיה חשובה זו, אנו מפתחים סימולציות דינמיקה מולקולארית לדגימה של אינטגרלי מסלול, המאפשרות להנות משני העולמות: הן מתארות בצורה מדויקת את התכונות התרמודינמיות של מערכות קוונטיות גדולות אך עלותן החישובית נמוכה. אנו מתמקדים בפתרון שתי מגבלות מהותיות של סימולציות אלו ובכך נרחיב משמעותית את המערכות להן ניתן ליישמן:
- שימוש ברשתות נוירונים לתיאור תכונות דינאמיות של חומרים קוונטיים (קבועי דיפוזיה, קצבי ריאקציה וספקטרוסקופיה). פיתוח זה ישמש לחקר אחסון מימן בכלובים דמויי קרח (clathrate hydrates) לצרכי אנרגיה מתחדשת. מאחר ומימן הוא היסוד הקל בטבע, ומאחר וחומרים אלו מיוצרים בטמפ' נמוכות מאוד אפקטים קוונטיים חשובים ולא ניתן להזניחם.
- תיאור העובדה שחלקיקים קוונטיים הם בוזונים או פרמיונים ולכן פונק' הגל המתארת אותם היא סימטרית או אנטי-סימטרית להחלפה בין שני חלקיקים זהים. כלי זה יאפשר ליישם את השיטה לתיאור התכונות התרמודינמיות של אטומים קרים במלכודות. חומרים אלו מפגינים תכונות פיזיקאליות מרתקות כגון עיבוי בוז-איינשטיין וגם בעלי פוטנציאל לשמש בטכנולוגיות קוונטיות עתידיות.
