Prof. Dominika Zgid z prestiżowym grantem ERC Advanced
2025-06-17
Prof. Dominika Zgid, światowej klasy ekspertka w dziedzinie chemii kwantowej i fizyki ciała stałego, zrealizuje na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego projekt badawczy finansowany z grantu ERC Advanced. Projekt „Modelowanie nieuporządkowania w materiałach krystalicznych za pomocą systematycznie ulepszanych metod opisujących korelację elektronową” potrwa pięć lat. Efektem projektu będzie zestaw narzędzi obliczeniowych umożliwiających modelowanie nieuporządkowania w realistycznych układach – od słabo po silnie skorelowane. Narzędzia pozwolą na wykorzystanie obliczeń wysokiej wydajności (high-performance computing) do ograniczenia liczby kosztownych eksperymentów laboratoryjnych i pomogą w racjonalnym projektowaniu nowych, technologicznie istotnych materiałów.
Granty Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC) to prestiżowe nagrody przyznawane na realizację przełomowych badań w wybranym obszarze naukowym. ERC Advanced Grants przyznawane są doświadczonym naukowcom z ugruntowaną pozycją badawczą.
Idealne materiały krystaliczne są uporządkowane jak perfekcyjnie ułożone puzzle. W rzeczywistości jednak większość materiałów otrzymywanych w laboratoriach zawiera pewien poziom nieuporządkowania. Nieuporządkowanie w materiałach może przyjmować różne formy – od przypadkowego rozmieszczenia atomów, przez fluktuacje strukturalne, aż po dynamiczne zmiany konfiguracyjne. Choć z pozoru wydaje się to wadą, często prowadzi do zaskakujących i pożądanych właściwości np. zwiększonej wytrzymałość materiałów. Nieuporządkowanie może być więc kluczem do innowacji. Potrzebne są jednak precyzyjne modele teoretyczne i zaawansowane metody obliczeniowe, które pozwolą przewidywać, jak różne typy nieuporządkowania wpływają na właściwości materiałów. Powszechnie używane metody obliczeniowe, takie jak dominująca obecnie teoria funkcjonału gęstości (DFT), nie radzą sobie z pełnym ujęciem efektów wynikających z nieuporządkowania i silnych korelacji elektronowych.
Zespół prof. Zgid zamierza opracować nowatorski zestaw narzędzi obliczeniowych, które pozwolą na realistyczne modelowanie układów – od słabo do silnie skorelowanych – z uwzględnieniem nieuporządkowania. Metody te będą bazować na funkcjach Greena w skończonej temperaturze, oferując alternatywę dla podejścia DFT. – Wykorzystując najnowsze przełomowe techniki dla układów wielociałowych, metody chemii kwantowej , uczenie maszynowe i zaawansowane modele matematyczne, proponujemy rozwinąć kompleksowy zestaw narzędzi do przewidywania własności widmowych i termodynamicznych nieuporządkowanych materiałów – mówi prof. Dominika Zgid.
Projekt zakłada także integrację nowo rozwiniętych metod z dynamiką molekularną i uczeniem maszynowym, co umożliwi badania procesów dynamicznych w środowiskach nieuporządkowanych, np. w stopach o wysokiej entropii, nadprzewodnikach czy układach katalitycznych. Co więcej, zespół opracuje narzędzia do wyprowadzania funkcjonałów DFT na podstawie funkcji Greena, co pogłębi fundamentalne zrozumienie tej powszechnie stosowanej metody.
Dzięki wykorzystaniu obliczeń wysokiej wydajności (HPC) nowe metody pozwolą ograniczyć kosztowne eksperymenty laboratoryjne i usprawnią projektowanie technologicznie istotnych przyszłych materiałów oraz ulepsza nasze zrozumienie już istniejących materiałów. Projekt prof. Dominiki Zgid to krok w stronę nowej generacji narzędzi chemii kwantowej i fizyki materii skondensowanej, wspierający interdyscyplinarną współpracę oraz rozwój nauki o materiałach.
Na realizację projektu przyznano niemal 3,5 mln euro dofinansowania.
Prof. Dominika Zgid prowadzi interdyscyplinarne badania na pograniczu chemii kwantowej i obliczeniowej fizyki ciała stałego. W latach 1998–2002 studiowała na Międzywydziałowych Studiach Matematyczno-Przyrodniczych Uniwersytetu Warszawskiego, a pracę magisterską obroniła w 2002 roku na Wydziale Chemii. W 2008 roku uzyskała stopień doktora z fizyki chemicznej na Uniwersytecie Waterloo w Kanadzie. Następnie pracowała w Stanach Zjednoczonych, odbywając staże podoktorskie na Uniwersytecie Cornell (2008–2010, Wydział Chemii) oraz Uniwersytecie Columbia (2011 rok, Wydział Fizyki). W 2018 roku odbyła roczny staż badawczy w Instytucie Flatiron w Centrum Obliczeniowej Fizyki Kwantowej w Nowym Jorku. Od 2012 roku jest zatrudniona jako profesor na Wydziale Chemii oraz Fizyki Uniwersytetu Michigan w Ann Arbor, gdzie nadal kieruje własną grupą badawczą. Za swoje osiągnięcia naukowe otrzymała liczne nagrody, w tym DOE Early Career Award, NSF CAREER Award oraz Medal Międzynarodowej Akademii Kwantowej Chemii Molekularnej (International Academy of Quantum Molecular Science). Od września 2025 roku będzie kierować grupą badawczą na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, gdzie od 2026 roku będzie realizowany projekt finansowany z grantu ERC Advanced.