Neravnovesni kvantni pojavi predstavljajo hitro razvijajoče se raziskovalno področje, tako v eksperimentu kot v teoriji. Pojavljajo se v zelo različnih vejah fizike – od elektronskih kvantnih materialov in magnetizma do kozmologije – pri čemer se v njihovem teoretičnem opisu pogosto pojavljajo sorodni koncepti. Vzporednice med kozmologijo in fiziko kondenzirane snovi, povezane s konceptom faznega prehoda s spontanim zlomom simetrije, so prispevale k razvoju standardnega modela, razumevanju Higgsove mase (prek analogije s superprevodnostjo) ter teorij inflacije (prek prehodov prvega reda). Kondenzirana snov predstavlja eksperimentalno bistveno bolj dostopno okolje, ki omogoča lažje preverjanje novih fizikalnih konceptov ter odkrivanje novih pojavov. To vodi k ideji preučevanja dinamike elementarnih kolektivnih vzbuditev skozi fazne prehode v realnem-času z uporabo femtosekundnih optičnih eksperimentov v kvantnih snoveh.
Osrednji cilj predlaganega raziskovanja je preučiti podrobno časovno evolucijo kvantnih izbranih snovi, ki izhajajo iz faznega prehoda na širokih časovnih skalah. Preučevani sistemi se v času razvijajo in doživljajo prehode s spontanim zlomom simetrije. Časovne skale teh procesov so izjemno prostrane: elektronska struktura se odziva v femtosekundah, medtem ko se domenske strukture preurejajo na časovnih skalah od femtosekund do stoletij, pri čemer njihova kvantna dinamika predstavlja obsežno, še neraziskano področje kvantne fizike.
V zadnjem desetletju je raziskovanje faznih prehodov v realnem času močno napredovalo, zlasti zaradi razvoja novih optičnih “pump-probe” spektroskopskih metod ter številnih sinhrotronskih in prostoelektronskih laserskih centrov, ki omogočajo preučevanje neravnovesnih pojavov z žarki X in svetlobo v razponu do teraherčnih frekvenc. Vloga enodelčnih in kolektivnih vzbuditev (fononov, magnonov itd.) pri faznih prehodih je bila podrobno raziskana na femtosekundni časovni skali v širokem naboru snovi, vključno z nabojno urejenimi in magnetnimi sistemi, superprevodniki, enodimenzionalnimi in kvazi-dvodimenzionalnimi materiali, monoslojnimi strukturami ter pri strukturnih prehodih. Takšna raziskovanja zahtevajo identifikacijo ustreznih modelnih sistemov, ki omogočajo razkrivanje novih pojavov. Zaradi svoje relativne enostavnosti predstavlja povsem optična ultrahitro časovno razločljiva spektroskopija idealno orodje za raziskovanje eksotičnih pojavov v novih snoveh.
Raziskava bo zato usmerjena v eksperimentalno raziskovanje ultrahitrega časovno razločljivega optičnega odziva v močno vzbujenih novih elektronsko urejenih snoveh, s poudarkom (vendar ne omejeno) na dvodimenzionalnih nabojno in/ali magnetno urejene sisteme v obliki kristalov in tankih lističev. Preučevali bomo tudi heterostrukture, sestavljene iz takšnih snovi.