Doktoriõpe

Instituudis toimuvat doktoriõpet reguleerib ülikooli doktoriõppe eeskiri.
Doktoriõppe korraldus ning doktoriõppe kavandamine, läbimine ja lõpetamine on loodus- ja täppisteaduste valdkonna jaoks ühine.

Ülevaate doktoriõppesse kandideerimisest ja juhised kandideerimisdokumendite ettevalmistamiseks leiab doktoriõppesse sisseastumise lehelt.

Doktorantide juhendamist puudutav informatsioon ja soovitused juhendajale on leitavad TÜ doktorantide juhendamise lehelt.

Doktoritöö esitamist ja kaitsmist puudutava info on kokku kogutud dokumenti:

Füüsika instituut osaleb järgnevates doktoriõppe programmides:

Programm sisaldab järgnevaid erialasid:

1. füüsika (füüsika instituut)

2. keemia (keemia instituut)

3. kosmoseteadus ja -tehnoloogia (Tartu observatoorium)

Tutvu programmiga.

Programm sisaldab järgnevaid erialasid:

1. arvutitehnika (tehnoloogiainstituut)

2. jätkusuutlik energeetika (keemia instituut)

3. keskkonnatehnoloogia (ökoloogia ja maateaduse instituut)

4. materjaliteadus (füüsika instituut)

5. molekulaarne biotehnoloogia (tehnoloogiainstituut)

Tutvu programmiga.

Doktoriprojektid 2022

Doktoriõppesse vastuvõtt toimub TÜ loodus- ja täppisteaduste valdkonnas projektipõhiselt.

Füüsika instituudi poolt 2022. aasta II taotlusvooru edukad doktoriprojektid on loetletud alljärgnevalt. Projektidele kandideerimine on praeguseks lõppenud.

Doktorantuuri astuda soovijatel on soovitatav potentsiaalsete juhendajatega aegsasti ühendust võtta, et sobiv doktoriprojekt järgmisel aastal valmis oleks.

Kaasaegsed vaatlused, seehulgas gravitatsioonilained, tähtede orbiidid galaktika keskel ja M87* esimene pilt, on avanud uut vaadet kosmosele. Eeldades et gravitatsiooni teoreetiliseks kirjelduseks on üldrelatiivsusteooria (ÜRT), järeldub et nende vaatluste seletuseks on mustad augud, mida ennustati teooriast Einsteini võrrandite vaakumi lahendusena juba 1916. aastal.
ÜRT on siiski pinges kaasaegsete kosmoloogiliste vaatluste ja kvantteooriaga, seega on üldine arusaam, et teda on vaja modifitseerida ja sobitada nendele probleemidele. Üks suur modifikatsioonide klass on teleparalleelsed gravitatsiooniteooriad. Need teooriad on viimase aastakümnendi jooksul kasvavat tähelepanu saanud, kuna nad pakuvad võimalikku teed gravitatsiooni kirjeldusele mis on kooskõlas nii kosmoloogiliste vaatluste kui kvantteooriaga.
Kui Einsteini võrrandite lahendamisest vaakumi ja sfäärilise sümmeetria eeldusel viib unikaalselt Schwarzschildi musta augu lahendile, on modifitseeritutes gravitatsiooniteooriates ka teised võimalikud lahendid. Selliseid lahendeid nimetakase „eksootilisteks kompaktseteks objektideks” (EKOks). Näitete seas on ussiaugus, boosontähed ja gravatähed. Kui mõned EKO klassid varjuvad musta augu kujul, on teistel omapärased vaatlussignatuurid, näiteks gravitatsioonilainete mustris, mis võimaldavad neid eristada.
Selle doktoriprojekti eesmärgiks on uurida EKOsid, nende fundamentaalseid omadusi ja võimalikke vaatlussignatuure modifitseeritutes teleparalleelsetes gravitatsiooniteooriates. Täpsemalt uurime, milles sfääriliselt sümeetrilised EKO lahendid eksisteerivad antud gravitatsiooniteoorias, tuletame neid lahendeid, ja uurime nende lahendite omadusi, seehulgas nende kestmiseks vajalikku energiasisaldust ning vaatlussignatuure, mille abil saab neid eristada mustadest aukudest kasutades gravitatsioonilainete vaatlusi.

Vastutav juhendaja on dr. Manuel Hohmann (manuel.hohmann@ut.ee) teoreetilise füüsika laborist.

Projekti eesmärk on välja töötada ereda luminestsentsiga materjalid, mis sobiks rakendamiseks fosfoorkonverteeritud valgusdioodides ning luminestsents-kaugtermomeetrias. Põhirõhk asetatakse materjali struktuuri ja luminestsentsi omaduste omavahelise seose uurimisele K5RE(MoO4)4-tüüpi molübdeenoksiidides ja nende tahketes lahustes (RE on haruldane muldmetall). Oletatakse, et struktuurne korrapäratus, mis on omane mitmele nendest molübdaatidest, nõrgendab haruldaste muldmetallide f-f üleminekute keeldu ning takistab kiirguse kontsentratsioonilist kustutamist, soodustades sellega kõrgemat luminestsentsi saagist. Struktuurse korrapäratuse määr on reguleeritav pulbri sünteesi või kristalli kasvatamise tingimuste muutmisega. Haruldastel muldmetallidel põhinevates molübdaatides uuritakse aeglahutusega luminestsentsi spektroskoopia abil energia ülekannet luminestsentstsentrile, luminestsentsi temperatuuristabiilsust ja kiirguse ümberjaotust erinevate haruldaste muldmetallide ergastatud seisundite Starki komponentide vahel, mis on olulised valgusdioodide ja kaugtermomeetria rakenduste jaoks. Eredaimad ühendid sobivate luminestsentsi spektraalsete ja termiliste omadustega valitakse järgnevateks rakendusuuringuteks.

Vastutav juhendaja on dr. Vitali Nagirnõi (vitali.nagirnoi@ut.ee) ja juhendaja on dr. Dmitry Spasskiy ioonkristallide füüsika laborist.

Doktoriprojekt ühendab doosikiiruste modelleerimist materjalides ja radioaktiivsete jäätmete käitlemise võimaluste tehnilist analüüsi väikeste moodulreaktorite (VMR) jaoks.
Tuumaenergia kasutuselevõtt on üks võimalus Eesti energiasektori CO2 jalajälje vähendamiseks, kuid tuumaenergeetikaga kaasnevad teatud valdkonnaspetsiifilised väljakutsed, näiteks jäätmekäitlus. Doktoriprojekt uurib radioaktiivsete jäätmete käitlemist tehnilisest vaatepunktist. Eesti kontekstis annab töö väärtuslikku teavet radioaktiivsete jäätmete käitlemise eest vastutavale asutusele. Rahvusvahelises mastaabis pakutakse välja tõhus mudel radioaktiivsete jäätmete käitlemiseks tuumaenergeetikas alustavatele riigidele, kes on otsustanud VMR-tehnoloogia kasuks.
Doktoriprojekti esimestel aastatel töötatakse EGSnrc koodi kasutades välja mudel hindamaks ioniseeriva kiirguse nõrgenemist radioaktiivsete jäätmete käitlemisel kasutatavates materjalides. Mudelit rakendatakse uudsete betoonisegude puhul, mis sisaldavad põlevkivituhka ja fiiberkiude. Põlevkivituha lisamine parandab eeldatavasti betooni immobiliseerimisomadusi ning kiudude lisamine mehaanilisi omadusi. Modelleerimistulemusi võrreldakse eksperimentaalsete mõõtmistulemustega kasutades gammaspektromeetrilist analüüsi.
Hindamaks innovaatiliste betoonisegude sobivust VMR-i jäätme käitlemisel analüüsitakse VMR-i jäätmete allikatunnust ja võimalikke jäätmekäitlusviise. Doktoriprojekti eesmärk on pakkuda välja optimaalne jäätmekäitlusviis SMR-ist pärineva jäätmevoo jaoks: vähem konservatiivne doosi hindamise mudel võimaldab sotsiaalsest, tehnilisest ja majanduslikust vaatenurgast efektiivsemaid jäätmekäitluslahendusi.

Vastutav juhendaja on dr. Siiri Salupere (siiri.salupere@ut.ee) keskkonnafüüsika laborist ja juhendajad on dr. Marti Jeltsov ning dr. Rodrigo de Oliveira KBFIs.

Gravitatsioonilainete astronoomia on uus ja kiiresti arenev eksperimentaalne
suund füüsikas. Ülivarajast universumit täitev ürgne plasma on
gravitatsioonilainetele läbipaistev, mistõttu on nende abil lähitulevikus võimalik
vaadelda sellel perioodil toimunud potentisiaalseid protsesse. Nende
eksperimentaalseks äratundmiseks on tarvis siduda kõrge energia füüsikateooria
konkreetsete vaatluslike ennustustega. Just viimane on käesoleva projekti
eesmärk. Eelkõige keskendub doktoritöö varajase universumis toimuvate esimest
järku faasisiirete numbrilisele matkimisele ja selleks vajalike uudsete arvutuslike tööriistade loomisele. Töö tulemusena sõnastatud ennustused võimaldavad
paremini mõista meie universumi esimesi hetki.

Vastutav juhendaja on dr. Hardi Veermäe (hardi.veermae@cern.ch) KBFIs ja juhendajad on Joosep Pata KBFIs ning Margus Saal teoreetilise füüsika laborist.

Erinevad kosmoloogilised ja teoreetilised probleemid ajendavad võtma vaatluse alla üldrelatiivsusteooriast edasi minevaid gravitatsiooniteooriaid. Uuringud sektoris, kus teooria geomeetrilistes aluseeldustes loetakse afiinne seostus meetrikast sõltumatuks (lihtsamaiks näideteks on vast Palatini ja teleparalleelset tüüpi teooriad), on viimastel aastatel pälvinud järjest kasvavat tähelepanu. Samal ajal lubavad astrofüüsikalisi objekte kirjeldav suurenev andmete hulk ning uued gravitatsioonilainete mõõtmised allutada need mudelid mitmekülgsele vaatluslikule kontrollile. Projekti esimene samm on leida modifitseeritud Einsteini võrranditele uusi lahendeid ning selgitada nende omadusi, mis on vajalik eeltöö enne nende rakendamist füüsikaliste objektide kirjeldamiseks. Kooskõlalisi ja realistlike omadustega lahendeid saab seejärel kasutada kompaktsete objektide uurimiseks – näiteks mustad augud, neutrontähed ja valged kääbustähed, kusjuures eriliselt huvipakkuv on siin tähtede jahtumisprotsess. Lisaks on märkimisväärne, et kompaktsed objektid mõjutavad oma lähiümbruses gravitatsioonilainete levikut. Muutused detekteeritud signaalis sõltuvad aluseks olevast gravitatsiooniteooriast ning on võimalik uurida uusi efekte, mida üldrelatiivsusteoorias ei esine.

Vastutav juhendaja on dr. Laur Järv (laur.jarv@ut.ee) ja juhendaja on Aneta Wojnar teoreetilise füüsika laborist.

Interferentsivaba apertuuri kodeerimisega korrelatsiooni-holograafia (I-COACH) on mittekoherentne holograafiatehnika, mis suudab reprodutseerida objekti kolmemõõtmelist (3D) kujutise ühest kaamerapildist. I-COACH abil moduleeritakse objekti valgust kvaasijuhusliku faasimaski abil ja hajutatud intensiivsusmuster salvestatakse pildisensoriga. 3D-objektide teave rekonstrueeritakse, töödeldes objekti intensiivsuse mustrit eelnevalt salvestatud 3D PSF (point spread function)-jaotustega. Kuigi I-COACH suudab 3D-teavet salvestada ja rekonstrueerida ilma kahekiirelise inteferentsita, erinevalt selle eelkäijatest, nagu interfereeruva digitaalse holograafia meetodid, pole see probleemideta. I-COACHi hajumise vajadus ja polüesterstaapelkiudude salvestamise vajadus suurendab vastavalt müra ja vähendab lahutusvõimet. I-COACH-is genereeritud täppide jaotus ja rekonstrueerimismehhanism, mis hõlmab ristkorrelatsiooni polüesterstaapelkiuga, välistab spetsiaalsete kujutise omaduste kasutuselevõtu. Doktoritöö pealkirjaga " Interferentsivaba apertuuri kodeerimisega korrelatsioon-holograafia determinstlike optilise väljadega " annab uuendusliku lähenemise, mis peaks lahendama ülaltoodud I-COACHi väljakutseid ja laiendama I-COACHi rakendatavust võimsustundlikel aladel. Doktoritöös uuritakse huvitavate ruumilise intensiivsusjaotusega spetsiaalseid kiiri 3D-kuvamise rakenduste jaoks. Doktoritööga luuakse ühtne tehisintellektil põhinev pildirekonstrueerimisalgoritm 3D-info rekonstrueerimiseks eriliste kiirte jaoks. Doktoritöö tulemused panevad aluse uue põlvkonna pildi- ja mikroskoopiatehnoloogiatele.

Vastutav juhendaja on dr. Vijayakumar Anand (vijayakumar.anand@ut.ee) füüsikalise optika laborist.

Viimastel aastatel on palju tähelepanu saanud kaoseuuringutest innustatud tehnoloogiad (KIT). Enamik KIT lähenemisi hõlmavad objektilt difrageerunud valguse hajutamist, et kodeerida ruumilis-spektraalset informatsiooni ühte intensiivsusjaotusesse.
Doktoriprojekt “Multispektraalne-mitmedimensionaalne kuvamine, kasutades iseinterfereeruvate ruumiliselt mittekoherentsete kaootiliste skalaarlainete koosmõju,” seob kõiki eksisteerivaid KIT meetodeid. Projekti eesmärgiks on luua uus arvutusliku kuva raamistik statistilise optika katsete jaoks. Selles raamistikus on võimalik luua kaootiliste skalaarlainete ansambleid, millel on erilist huvi pakkuvad intensiivsusjaotused. Samuti on võimalik kontrollida ansamblite koostist ja selles olevate lainete vastastikmõju. Projekti raames püütakse ligi pääseda kuvamiskarakteristikute mittelineaarsetele piirkondadele, kaardistades iga objektipunkti erilistesse optiliste intensiivsujaotuste ansamblitesse. Kui ansambliliikmeid on hõredalt, siis on võimalik saavutada tugevat sõltuvust ansambliliikmete olemuse, ansambli loomuse ja kuvamiskarakteristikute vahel. Kui ansambliliikmete tihedus kasvab, siis süsteem kollapseerub tavaliseks hajutajaks. Seetõttu on varasemad KIT meetodid ainult erijuhuks pakutud raamistikus. Projekti raames seatakse sihiks uue hübriidrekonstruktsioonalgoritmi loomine, mis tugineb ristkorrelatsioonil, maksimaalsel tõenäosusel ja optimeerimisel. Selle abil rekonstrueeritakse salvestatud intensiivsusjaotused 5D kujutiseks. Doktoriprojekti raames luuakse uusi teadmisi statistilises optikas, rekonstruktsioonimehhanisme ja kuvamistehnoloogiaid, millega on võimalik arendada välja uusi mikroskoope ja molekulaarseid sõrmejäljesensoreid keskinfrapunadiapasoonis.

Vastutav juhendaja on dr. Vijayakumar Anand (vijayakumar.anand@ut.ee) füüsikalise optika laborist.

Stsintillaatorid on materjalid, mis muudavad ioniseeriva kiirguse ja osakeste energia pikalaineliseks kiirguseks, mida registreeritakse fotodetektoritega. Käesoleva uuringu eesmärgiks on leida tahkistes sellised protsessid, mis võimaldaksid luua uue põlvkonna ülikiireid stsintillaatoreid ajalise lahutusega pikosekundite piirkonnas. Selliste materjalide leidmiseks kasutatakse nn keerukate valentstsoonidega materjalide tsoonistruktuuri modifitseerimist, et saada veelgi intensiivsemaid hästi lühikese sub-nanosekundilise elueaga omakiirgusi, kross- ja tsooni sisest luminestsentsi. Sobivad materjalid valitakse välja kasutades avatud andmebaase (nt AFLOW), kuhu koondatud teoreetiliste uuringute tulemused materjalide omaduste kohta, ja varasemate eksperimentaaltulemuste alusel. Valitud materjalid sünteesitakse nii puhaste ühendite kui ka nende tahkete lahustena, nende omadusi modelleeritakse ning uuritakse eksperimentaalselt kodulaboris ja suurtes uurimiskeskustes (MAX IV Labor, DESY Photon Science) kasutades aeglahutusega luminestsentsspektroskoopiat sub-nanosekund skaalal maailma tipptasemel. Ülikiireid stsintillaatoreid vajatakse väga erinevates tehnoloogiavaldkondades nagu kõrge energia füüsikas (CERN), julgeolek, kontrollitud tuumasünteesi uuringutel, aga eriti meditsiinilises diagnostikas. Märgatavalt parem ajaline lahutus tekitab arenguhüppe positronemissioon tomograafias, luues võimalused rasedate, imikute ja laste madala doosiga uuringuteks, mis võimaldavad varajast kasvajate ja muude haiguste kuluefektiivset diagnoosimist igas suuremas haiglas.

Vastutav juhendaja on Prof. Marco Kirm (marco.kirm@ut.ee) ioonkristallide füüsika laborist.

#õppimine

HITSA/HARNO toetusel valminud füüsikaalased e-õppe vahendid

HITSA/HARNO toetusel valminud füüsika alaste e-õppe vahendite loetelu
12.09.2022
#õppimine
2021/2022. akadeemilise aasta avamine. Foto: Andres Tennus

Tartu Ülikooli uus õppeaasta algab üliõpilaste meeleavaldusega

23.08.2022
#õppimine

Praktikakorraldus

Füüsika instituudi praktikakorraldus
06.04.2022