Utvecklingen av datorer, effektiva algoritmer, programvara och bättre databaser erbjuder nya möjligheter för att lösa många vetenskapliga problem. Teori och modellering kan komplettera eller ersätta dyra och tidskrävande experiment och produktutvecklingsprocesser.
Forskarutbildningen i Teori och modellering inom naturvetenskap bedrivs vid Institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM, som är ledande inom materialforskning i Sverige. Utbildningen ger en solid grund för en karriär inom både akademin och industrin. Våra alumner återfinns hos bland annat SMHI (Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut), FOI (Totalförsvarets forskningsinstitut), SAAB, Volvo Cars, VTI (Statens väg- och transportforskningsinstitut) och NFC (Nationellt forensiskt centrum).
I vår forskning behandlar vi de mest utmanande frågorna för det breda vetenskapliga samfundet, industrin och samhället, såsom:
- Hur beter sig material vid extrema kompressioner och temperaturer som i jordens kärna?
- Kan vi designa material med hjälp av datorer?
- Vilka material kan användas för att skriva, lagra och läsa kvantinformation?
- Hur kan molekylära maskiner göras mer effektiva?
- Hur kan fluorescerande proteiner designas för att bättre visualisera levande celler?
- Hur sker fotokemiska reaktioner?
- Hur kan vi utforma en hållbar livsmedelsproduktion?
- Hur kan vi lindra klimatförändringarnas effekter på ekosystemen?
- Hur kan vi minska risken för, och effekten av, stora sjukdomsutbrott?
- Vad gör sjukdomar på molekylärnivå?
- Hur kan sjukdomar upptäckas innan symptomen visar sig?
- Hur kan vi designa bättre läkemedel?
För att kunna angripa dessa frågor läser våra doktorander nyckelkurser inom sina discipliner samt kurser i vetenskaplig programmering, statistik och databaser.
Fyra specialiseringar
Utbildningen erbjuder fyra specialiseringar som delar en gemensam kärna av matematisk modellering, numeriska metoder och datorsimuleringar. Forskningen berör komplexa system som kräver färdigheter inom en rad olika områden, exempelvis problemformulering, matematisk modellering, numerisk analys, hårdvarulösningar etcetera.
Teoretisk fysik
Teoretisk forskning och datorberäkningar kring en rad olika fenomen och tillämpningar, såsom design av material för användning i kvantdatorer, förändring av sammansättningen av grafen för nästa generations nanoelektronik, och användande av metoder inom maskininlärning och artificiell intelligens för att förutsäga egenskaper hos nya, hypotetiska material. Ett annat exempel är forskningen om ultra-small halvledarstrukturer och anordningar i kvantregimen, elektrontransport, kvant- och klassiska vågor i håligheter och förträngningar för tillämpningar i spinntronik. Våra doktorander läser nyckelkurser i kvantmekanik, statistisk fysik och termodynamik, fast tillståndsfysik, samt täthetsfunktionell teori.
Beräkningskemi
Forskning kring ett brett spektrum av problem inom kemi och biologi, vilka undersöks med hjälp av både kvantkemiska metoder och metoder baserade på statistisk termodynamik. Forskningsproblemen är vanligtvis relaterade till molekylära systems funktion, reaktivitet och egenskaper för nanotekniska och ytkemiska tillämpningar.
Teoretisk biologi
Med hjälp av matematisk och statistisk modellering studerar vi strukturen, dynamiken och funktionen hos olika storskaliga biologiska system, exempelvis epidemiologiska system som beskriver spridningen av sjukdomar och system för näringsämnen och energihantering. Som doktorand här arbetar du med biologiska frågor som är tydligt relaterade till målen för hållbar utveckling. Avdelningens medarbetare har olika akademiska bakgrunder. Somliga är rena biologer eller matematiker, andra är fysiker eller en kombination.
Bioinformatik
Utveckling av metoder för att analysera och förstå biologiska data. I detta tvärvetenskapliga forskningsområde kombineras fysik, kemi och biologi med datavetenskap, statistik och matematik. Många doktorander deltar i Forskarskolan i medicinsk bioinformatik (MedBioInfo) som utgör ett nationellt nätverk och erbjuder ett avancerat kursprogram på doktorandnivå. Specialiseringen ger breda kunskaper inom de biologiska och medicinska tillämpningsområdena samt en djup förståelse för hur stora datamängder hanteras.
Finansiering
IFM:s forskning finansieras huvudsakligen av följande parter:
- Regeringen, till två strategiska forskningsområden: Svenskt forskningscentrum för e-science (SeRC) och Materialvetenskapslaboratoriet för avancerade funktionella material (AFM).
- Stiftelsen för Strategisk Forskning (SSF), till det strategiska forskningscentret FUNCASE.
- Knut och Alice Wallenberg Foundation, till projekten ”Isotopkontroll för ultimata materialegenskaper”, ”Nanopartiklar av pulserad plasma” och ”Stark fältfysik och nya tillstånd av materia”.
- Psi-k, det europeiska nätverket inom området för elektronisk strukturteori.
- Vetenskapsrådet.
