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David Ceperley

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David Matthew Ceperley (nacido en 1949) es un físico teórico del departamento de física de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign (UIUC). Es un experto mundial en el campo de los cálculos de Monte Carlo cuántico , un método de cálculo generalmente reconocido por proporcionar resultados cuantitativos precisos para problemas de muchos cuerpos descritos por la mecánica cuántica.

Vida, educación y carrera profesional

Ceperley nació en Charleston, Virginia Occidental, EE. UU., en 1949, y cursó sus estudios en la escuela secundaria George Washington. Estudió en el Atlantic College de Gales, Reino Unido, y se licenció en física y matemáticas por la Universidad de Michigan , Ann Arbor, en 1971, obteniendo un doctorado en física teórica por la Universidad de Cornell en 1976. Sus directores de tesis fueron Geoffrey Chester, de la Universidad de Cornell, y Malvin Kalos, del Instituto Courant de la Universidad de Nueva York . Realizó estancias posdoctorales en Orsay, Francia, la Universidad de Nueva York y la Universidad de Rutgers , donde colaboró ​​con Joel Lebowitz en la simulación de polímeros. Fue científico del personal del Centro Nacional de Recursos para la Química Computacional en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de 1978 a 1987. Desde 1987, ha sido profesor en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign y miembro del personal del Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de 1987 a 2012. En su desarrollo como físico matemático y computacional líder, Ceperley tuvo varios mentores reconocidos, muchos de los cuales fueron sus supervisores, como Geoffrey Chester, Malvin Kalos, Joel Lebowitz y Berni Alder . En la UIUC, ha recibido la influencia de los premios Nobel de Física Anthony Leggett y John Bardeen .

Ceperley estuvo casado con Perine Davis (1950–2015); tienen tres hijos.

Principales contribuciones profesionales

Los métodos de Ceperley han transformado la formulación de integral de trayectoria de la mecánica cuántica de sistemas de muchas partículas con interacción fuerte en una herramienta precisa para dilucidar cuantitativamente las propiedades de los electrones en sólidos, superfluídos y otros sistemas cuánticos complejos. Su cálculo, junto con Berni Alder , de la ecuación de estado del gas de electrones tridimensional mediante un método estocástico [ 1 ] [ 2 ] ha proporcionado datos de entrada básicos y definitivos para aplicaciones numéricas de la teoría del funcional de la densidad a sistemas de electrones. Su publicación conjunta es uno de los artículos más citados en Physical Review Letters . El funcional de intercambio-correlación de Tanatar-Ceperley [ 3 ] se utiliza para el gas de electrones bidimensional.

Ceperley no solo aplicó el mapeo exacto de Feynman del superfluido 4He a polímeros de anillo clásicos, sino que también creó los algoritmos para hacer de la integración de trayectoria una herramienta de cálculo precisa para comparar la teoría con el experimento. Este método ha permitido dilucidar el superfluido en términos de números de enrollamiento y revelar la profunda relación entre la superfluidez y la condensación de Bose-Einstein . [ 4 ] Derivó la expresión exacta para los desdoblamientos de tunelización en sistemas complejos y, al calcular el intercambio en cristales cuánticos, resolvió el origen del magnetismo en el sólido 3He. [ 5 ] Introdujo el método de integral de trayectoria restringida para tratar la estadística de Fermi en sistemas cuánticos de muchos cuerpos a temperatura finita [ 6 ] y aplicó este método al líquido normal 3He y al hidrógeno en condiciones extremas, prediciendo así el Hugoniot principal del deuterio comprimido [ 7 ] en concordancia con los experimentos de ondas de choque .

Ceperley ha sido pionero en métodos novedosos para el cálculo estocástico de sistemas cuánticos: técnicas de Monte Carlo variacional para fermiones, [ 8 ] la aproximación de nodo fijo y los métodos de liberación nodal, el uso de pasos de Metropolis para imponer la reversibilidad en funciones de Green aproximadas, [ 9 ] el desarrollo del método de Monte Carlo de difusión (DMC) con muestreo de importancia que ha reemplazado en gran medida a otros métodos, el uso de condiciones de contorno promediadas por torsión para reducir errores sistemáticos de tamaño, [ 10 ] la extensión de DMC a sistemas con simetría de inversión temporal rota , el método de fase fija. [ 11 ] Estos son ingredientes esenciales para que los métodos sean cuantitativos y precisos. Ceperley también ha introducido y desarrollado el Monte Carlo de electrón-ión acoplado, un método de simulación de primeros principios para realizar cálculos estadísticos de núcleos cuánticos de temperatura finita utilizando energías electrónicas [ 12 ] y ha establecido una transición de fase de primer orden en la transición metal-aislante del hidrógeno líquido. [ 13 ]

Richard Martin y Ceperley iniciaron en 1989 la serie anual de talleres «Desarrollos recientes en métodos de estructura electrónica» [ 14 ]. Ceperley también ha organizado cursos de verano en ciencia computacional de materiales. En YouTube se pueden encontrar vídeos de las conferencias de Ceperley [ 15 ] sobre métodos de Monte Carlo cuántico.

Distinciones y premios seleccionados

El trabajo pionero de Ceperley en el desarrollo y la aplicación del método de Monte Carlo de integral de trayectoria para sistemas cuánticos de muchos cuerpos , como el helio y el hidrógeno superfluidos en condiciones extremas, ha sido reconocido por varias organizaciones, incluyendo Miembro de la Sociedad Estadounidense de Física (1992), la Medalla Conmemorativa Eugene Feenberg [ 16 ] para física de muchos cuerpos (1994), el Premio Aneesur Rahman de Física Computacional de la Sociedad Estadounidense de Física (1998), miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias (1999) y miembro electo de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (2005). Se convirtió en Profesor Fundador de Ingeniería (2006), Profesor del Centro de Estudios Avanzados (2009) y Profesor Blue Waters (2014) en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. Fue galardonado con el premio Berni Alder por CECAM (Lausana, Suiza) en 2016.

Referencias

  1. ↑ Ceperley, D. (1 de septiembre de 1978). "Estado fundamental del plasma monocomponente de fermiones: un estudio de Monte Carlo en dos y tres dimensiones". Physical Review B. 18 ( 7). American Physical Society (APS): 3126–3138 . Bibcode : 1978PhRvB..18.3126C . doi : 10.1103/physrevb.18.3126 . ISSN 0163-1829 . 
  2. ↑ Ceperley, DM; Alder, BJ (18 de agosto de 1980). "Estado fundamental del gas de electrones mediante un método estocástico" . Physical Review Letters . 45 (7). American Physical Society (APS): 566– 569. Bibcode : 1980PhRvL..45..566C . doi : 10.1103/physrevlett.45.566 . ISSN 0031-9007 . S2CID 55620379 .  
  3. ↑ Tanatar, B.; Ceperley, DM (15 de marzo de 1989). "Estado fundamental del gas de electrones bidimensional". Physical Review B . 39 (8). American Physical Society (APS): 5005– 5016. Bibcode : 1989PhRvB..39.5005T . doi : 10.1103/physrevb.39.5005 . ISSN 0163-1829 . PMID 9948889 .  
  4. ↑ Ceperley, DM (1 de marzo de 1995). "Integrales de trayectoria en la teoría del helio condensado". Reviews of Modern Physics . 67 (2). American Physical Society (APS): 279– 355. Bibcode : 1995RvMP...67..279C . doi : 10.1103/revmodphys.67.279 . ISSN 0034-6861 . 
  5. ↑ Ceperley, DM; Jacucci, G. (20 de abril de 1987). "Cálculo de frecuencias de intercambio en bcc 3 He con el método de Monte Carlo de integral de trayectoria". Physical Review Letters . 58 (16). American Physical Society (APS): 1648– 1651. Bibcode : 1987PhRvL..58.1648C . doi : 10.1103/physrevlett.58.1648 . ISSN 0031-9007 . PMID 10034498 .  
  6. ↑ Ceperley, DM (13 de julio de 1992). "Cálculos de integral de trayectoria del 3He líquido normal ". Physical Review Letters . 69 (2). American Physical Society (APS): 331– 334. Bibcode : 1992PhRvL..69..331C . doi : 10.1103/physrevlett.69.331 . ISSN 0031-9007 . PMID 10046646 .  
  7. ↑ Militzer, B.; Ceperley, DM (28 de agosto de 2000). "Cálculo de la integral de trayectoria Monte Carlo de la Hugoniot del deuterio". Physical Review Letters . 85 (9). American Physical Society (APS): 1890– 1893. arXiv : physics/0001047 . Bibcode : 2000PhRvL..85.1890M . doi : 10.1103/physrevlett.85.1890 . ISSN 0031-9007 . PMID 10970640 . S2CID 16423777 .   
  8. ↑ Ceperley, D.; Chester, GV; Kalos, MH (1 de septiembre de 1977). "Simulación de Monte Carlo de un estudio de muchos fermiones". Physical Review B . 16 (7). American Physical Society (APS): 3081– 3099. Bibcode : 1977PhRvB..16.3081C . doi : 10.1103/physrevb.16.3081 . ISSN 0556-2805 . 
  9. ↑ Reynolds, Peter J.; Ceperley, David M.; Alder, Berni J.; Lester, William A. (1982). "Monte Carlo cuántico de nodo fijo para moléculas". The Journal of Chemical Physics . 77 (11). AIP Publishing: 5593– 5603. doi : 10.1063/1.443766 . ISSN 0021-9606 . 
  10. ↑ Lin, C.; Zong, FH; Ceperley, DM (18 de junio de 2001). "Condiciones de contorno promediadas por torsión en algoritmos de Monte Carlo cuántico continuo". Physical Review E . 64 (1) 016702. arXiv : cond-mat/0101339 . Bibcode : 2001PhRvE..64a6702L . doi : 10.1103/physreve.64.016702 . ISSN 1063-651X . PMID 11461437 . S2CID 8494735 .   
  11. ↑ Ortiz, G.; Ceperley, DM; Martin, RM (25 de octubre de 1993). "Nuevo método estocástico para sistemas con simetría de inversión temporal rota: fermiones 2D en un campo magnético". Physical Review Letters . 71 (17). American Physical Society (APS): 2777– 2780. Bibcode : 1993PhRvL..71.2777O . doi : 10.1103/physrevlett.71.2777 . ISSN 0031-9007 . PMID 10054773 .  
  12. ↑ Ceperley, DM; Dewing, M. (22 de mayo de 1999). "El método de penalización para caminatas aleatorias con energías inciertas". The Journal of Chemical Physics . 110 (20): 9812– 9820. arXiv : physics/9812035 . Bibcode : 1999JChPh.110.9812C . doi : 10.1063/1.478034 . ISSN 0021-9606 . S2CID 8091933 .  
  13. ↑ Morales, MA; Pierleoni, C.; Schwegler, E.; Ceperley, DM (21 de junio de 2010). "Evidencia de una transición líquido-líquido de primer orden en hidrógeno a alta presión a partir de simulaciones ab initio" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 107 (29): 12799– 12803. doi : 10.1073/pnas.1007309107 . ISSN 0027-8424 . PMC 2919906. PMID 20566888 .   
  14. ↑ "Desarrollos recientes en estructura electrónica | Centro de Computación de Materiales" . Mcc.uiuc.edu. 3 de abril de 2014. Consultado el 20 de mayo de 2014 .
  15. ↑ "Talleres MCC" . Consultado el 20 de mayo de 2014 a través de YouTube.
  16. ↑ "Avances recientes en las teorías de muchos cuerpos" . Indiana.edu. Archivado del original el 13 de septiembre de 2016. Consultado el 20 de mayo de 2014 .
  • Taller sobre el desarrollo reciente de la estructura electrónica
  • Conferencias de Ceperley en YouTube
  • Archivado el 13 de septiembre de 2016 en Wayback Machine. Medalla conmemorativa de Feenberg.
  • Premio Berni J. Alder CECAM