Laborid
Bio- ja keskkonnafüüsika
Uurime inimtegevuse mõju Maa kliimale ja kliimamuutust Läänemere piirkonnas. Atmosfäärifüüsika laboris täpsustame inimtegevuse kliimamõju tugevust, et koostada senisest usaldusväärsemaid tuleviku kliima prognoose (Toll jt 2019 Nature; ERR Novaator).
Uurime kuidas looduslikest või geneetiliselt modifitseeritud bakteritest eraldatud fotosünteesivad pigment-valk-kompleksid „töötavad“, kuidas on omavahel seotud nende ehitus ja talitlus ning kuidas välistingimused, nagu temperatuur, rõhk ning lahuse keemiline koostis nende omadusi ja talitlust mõjutavad. Joonis kujutab meie hiljutisi tulemusi kahe erineva bakteri LH2 antenni-kompleksi valguosa (trüptofaanide) kiirgusspektri ja pigmendiosa (bakterio-klorofüllide ringi) neeldumisspektri rõhunihke kohta. Jõnks Rhodobacter sphaeroides'e kõveratel 5 kbar juures kajastab rõhu poolt tekitatud spetsiifilist muutust LH2 kompleksi pigmendi ja valgu struktuuris. Stabiilsema Thermochromatium tepidum'i korral sellist muutust ei toimu.
Uurime atmosfääri ioonide ja aerosoolide tekke põhjuseid ja nende rolli kliimasüsteemis. Lisaks tegeleme keskkonna radioaktiivsuse uuringutega ja arendame müüontomograafiat.
Eksperimentaalfüüsika
Labor tegeleb alanud sajandi optikas üha enam tähelepanu köitvas valdkonnas – laialivalgumatute ja mittedifrageeruvate ning kiirenevate valgusimpulsside tekitamise, uurimise ja rakendamisega. Ülilühikesed laseriimpulsid ise on ühed lühemad sündmused, mida inimene on suuteline kontrollitult tekitama.
Töörühm kasutab biomolekulide ja membraanide struktuuri ja dünaamika uurimiseks (peamiselt fotosünteesi valdkonnas) erinevaid neutroni hajutamise meetodeid, nagu väikese nurga hajumine, neutronspektroskoopia ja difraktsioon.
Plasmafüüsika laboris uuritakse füüsikalisi ja keemilisi protsesse, mis toimuvad nii gaaslahendusplasmas kui ka plasmaga töödeldavates objektides (tahkised, vedelikud).
Füüsikaharidus
Meie esmaseks eesmärgiks on füüsikaõpetajate koolitamine. Töötame selle nimel, et eestikeelse füüsikahariduse kvaliteet üldhariduskoolides paraneks ning füüsika õpetamine Eesti koolides oleks jätkusuutlik.
Materjaliteadus
Uurime laia keelutsooniga materjale, nende elektroonseid ja kiirguslike omadusi.
Kiletehnoloogia labor tegeleb õhukeste ja üliõhukeste materjalikihtide (tahkisekilede) valmistamiseks ja uurimiseks sobivate meetodite väljatöötamise ja täiustamisega. Uuritavate materjalide kasutusalad ulatuvad korrosioonivastastest pinnakatetest mikro- ja nanoelektroonikani.
Laserspektroskoopia labori tegevus on fokuseeritud uudsete materjalide uurimisele kasutades kaasaegse laserspektroskoopia võimalusi.
Töötame välja erinevaid praktilisi rakendusi omavaid funktsionaalseid materjale, fookusega teadus- ja arendustöö pakkumisele ettevõtetele.
Oleme oma uurimis- ja õppetöös spetsialiseerunud nanoteadustele, täpsemalt materjaliteadusele ja madaladimensionaalsete struktuuride füüsikale ning nende rakendustele.
Kasutame oma töös pehme röntgenkiirguse poolt tekitatud protsesse informatsiooni saamiseks aatomite, molekulide, kiledede, tahkiste ja vedelike omadustest. Nendeks uuringuteks kasutame sünkrotronkiirgust erinevates sünkrotronkeskustes (MAX-4 Lundis, BESSY-2 Berliinis ja HASYLAB Hamburgis jm).
Laboris tehakse uurimistööd nanomaterjalidel põhinevate sensorite ja seonduvate mõõtemeetodite arendamise alal. Valmistame ja uurime erinevat tüüpi sensormaterjale ja –struktuure ning arendame nendel põhinevaid prototüüpe mitmesugusteks rakendusteks.
Teoreetiline füüsika
Labori uurimistöö põhisuund on kondenseeritud aine teooria. Uurimistöö eesmärgiks on kristallide, klaaside, heterostruktuuride ja nanostruktuuride omaduste uurimine ja ennustamine. Loome selleks uusi meetodeid tahkiste numbriliseks modelleerimiseks.
-
Gravitatsiooni geomeetrilised alusedImage
Einsteini üldrelatiivsusteooria, mis kirjeldab gravitatsiooninähtuseid matemaatiliselt aegruumi kõveruse kaudu, on heas kooskõlas paljude astronoomiliste vaatlustega ning sai hiljuti hiilgava kinnituse gravitatsioonilainete avastamise näol. Ometi tõstatavad kosmoloogias seni selguseta tumeaine, tumeenergia ja varase universumi mõistatused võimaluse, et üldrelatiivsusteooria on vaid piirjuht mingist üldisemast teooriast, mille vaatluslikud efektid avalduvad alles universumi käitumises ülisuurte mastaapide juures. See ajendab vaagima gravitatsiooni geomeetrilisi aluseid ja üldrelatiivsusteooria kooskõlalise laiendamise võimalusi. Teoreetilise füüsika laboris uurime Einsteinist edasi minevate teooriate üldisi omadusi, pidades silmas nende edukust universumi evolutsiooni, mustade aukude, tähtede, gravitatsioonilainete ja muidugi "tavalise" gravitatsioonifüüsika kirjeldamisel näiteks Päikesesüsteemis. Ühtlasi võiks siit äkki leida võtme kõigi fundamentaalfüüsikas tuntud interaktsioonide kirjeldamiseks ühtse teooria raames. -
Elementaarosakeste protsessid praegustel ja tuleviku kiirenditelImage
Täna võimsaim osakeste põrguti – LHC CERNis – on avastanud Higgsi bosoni ja kinnitanud elementaarosakeste standardmudeli head paikapidavust. Aga põrgetel tekkivaid protsesse on väga palju ja kõik need vajavad analüüsi, st eksperimendi andmete võrdlust standardmudelist ja alternatiivsetest mudelitest lähtuvate teoreetiliste ennustustega, kusjuures viimasteni jõudmine vajab vahel ka uute arvutusvõtete väljatöötamist. Lisaks kavandavad füüsikud ja insenerid juba uue põlvkonna kiirendi ehitamist, et pääseda ligi veel kõrgematel energiatel toimuvale ehk veel sügavamale osakeste sisemusse. Paarikümne aasta pärast käivituva kiirendi planeerimiseks ja selle eksperimentaalsete tulemuste mõistmiseks teeme laboris teoreetilisi arvutusi juba praegu. -
KvantarvutusImage
Tehnoloogiamaailmas on käimas kvantrevolutsioon – kvantarvutite reaalne kasutuselevõtt – millest annavad tunnistust sagedased uudised suurfirmade edusammudest. Üheks olulisemaks esimeseks rakenduseks, kus kvantarvuti võimed hakkavad ületama tavalisi arvuteid, on kvantsüsteemide endi, näiteks molekulide ja kristallide simuleerimine, kaugemaks eesmärgiks uute ravimite ja materjalide väljatöötamine. Koostöös arvutiteadlastega tegutseme teoreetilise füüsika laboris selle nimel, et arendada kompetents kvantfüüsikas ja kvantkeemias huvitavate süsteemide "tõlkimiseks" kvantarvutil rakenduvate algoritmide "keelde", et osata koostada kvantarvuti programmeerimiseks optimaalne sisend. Praegu saame Physicumis katsetada 25-bitisel kvantsimulaatoril (tavaline arvuti suure paralleelarvutuste jõudlusega) ning aasta-paari pärast oleme valmis töötama päris kvantarvutiga.
