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2022 – Professore Ordinario di Fisica della Materia presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze
2005-2022 – Professore Associato di Fisica della Materia presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze
1999-2004 – Assegnista di ricerca e Ricercatore TD presso il laboratorio LENS dell’Università di Firenze ed il CNR
1999 – Diploma di perfezionamento (PhD) in Fisica con lode presso la Scuola Normale Superiore di Pisa
1995 – Laurea in Fisica con lode presso l’Università di Firenze
Giovanni Modugno conduce dal 1999 ricerche sperimentali dirette allo studio di fenomeni di fisica fondamentale con gas gas quantistici ultrafreddi. Ha condotto esperimenti di frontiera nei campi delle miscele quantistiche, del trasporto quantistico, dei sistemi quantistici disordinati e dei fenomeni quantistici a pochi corpi. Le sue scoperte scientifiche più importanti sono:
- la condensazione di Bose-Einstein per gli atomi di potassio [Science 294, 1320 (2001)], la creazione di una miscela quantistica Bose-Fermi fortemente interagente [Science, 297 2240 (2002); Phys. Rev. Lett. 89, 150403 (2002)], e la creazione di un condensato di Bose-Einstein con interazione ampiamente accordabile [Phys. Rev. Lett. 99, 010403 (2007)].
- l’applicazione di gas di Bose e di Fermi debolmente interagenti a misure interferometriche di alta precisione [Phys. Rev. Lett. 92, 230402 (2004); Phys. Rev. Lett. 100, 080405 (2008)].
- l’osservazione della localizzazione di Anderson per atomi in un mezzo disordinato, e la misura dell’elusivo mobility edge in 3D [Nature 453, 896 (2008); Nature Phys. 11, 554 (2015)]; lo studio delle fasi superfluida ed isolante in un gas di Bose disordinato [Nature Phys. 6, 354 (2010); Phys. Rev. Lett. 113, 095301 (2014)].
- l’osservazione dello spettro di stati legati a tre corpi di tipo Efimov [Nature Phys. 5, 586 (2009); Phys. Rev. Lett. 111, 053202 (2013)].
- l’osservazione di un regime di "goccia quantistica" in miscele di gas quantistici [Phys. Rev. Lett. 120, 235301 (2018); Phys. Rev. Lett. 122, 090401 (2019)].
- l’osservazione, in un gas quantistico di atomi magnetici, del cosiddetto supersolido [Phys. Rev. Lett. 122, 130405 (2019); Nature 574, 382 (2019); arXiv:1912.01910] Si tratta di una fase esotica della materia, prevista circa 50 anni fa a livello teorico per l'elio solido, ma che non era ancora stata osservata in natura. Questa osservazione sta attirando l'attenzione della comunità scientifica perchè apre una finestra su una inesplorata, eccitante nuova fase quantistica della materia [Physics 12, 38 (2019); Nature 569, 494 (2019); Nature Physics 15, 986 (2019); Nature 574, 341 (2019); Physics 12, 145 (2019)].
Per le sue prime scoperte nell'ambito delle miscele quantistiche, ha ottenuto un prestigioso Starting Grant dallo European Research Council, nella prima competitiva call del 2007.
La sua attività di ricerca più recente è diretta alla simulazione quantistica di fenomeni quantistici a molti corpi, utilizzando vari tipi di gas quantistici con interazione a corto ed a lungo raggio, in cui la maggior parte dei parametri fisici possono essere controllati. Attualmente, sta coordinando due diverse attività di ricerca su gas quantistici di atomi di potassio con interazione di contatto (al LENS ed al Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Firenze) e su gas quantistici di atomi di disprosio, con interazione di tipo dipolo-dipolo (al CNR-INO, sezione di Pisa). L’obiettivo a lungo termine delle ricerche è lo studio di fasi esotiche della materia e di potenziali nuovi materiali con proprietà quantistiche ingegnerizzate.
È stato coordinatore di numerosi progetti di ricerca nazionali (CNISM, PRIN, INFN) ed internazionali (ESF, ERC, FET). Si citano in particolare:
2008 – Starting Grant ERC “QUPOL: Quantum gases of polar molecules”
2009 – PRIN “Interferometria con condensati di Bose-Einstein ed entanglement quantistico”
2015 – Progetto H2020 - FET "QUIC: Quantum simulations of insulators and conductors”. Questo progetto, ancora in corso, vede collaborare i principali gruppi di ricerca europei nello studio di fenomeni di frontiera della fisica della materia condensata con gas quantistici ultrafreddi.
Giovanni Modugno è coautore di più di 80 pubblicazioni su riviste internazionali di alto impatto (circa 6000 citazioni, indice h 36), è autore di vari review e recensioni su invito sulle principali riviste internazionali, ed è regolarmente invitato alle principali conferenze internazionali e scuole internazionali di fisica atomica.
È referee per le principali riviste di fisica e interdisciplinari (Nature, Science, Physical Review Letters, Reviews of Modern Physics) e per le principali agenzie di finanziamento europee (ERC, MIUR, ANR, FWO, DFG), australiane e statunitensi. Nel 2014 è stato nominato Outstanding Referee dall’American Physical Society.
È stato relatore/supervisore di più di 30 studenti laurea e dottorato, sia dell’Università di Firenze che di altri atenei nazionali ed europei, e supervisore di numerosi post-doc internazionali. È regolarmente invitato da istituzioni internazionali in commissioni di dottorato e di abilitazione a professore.
Dal 2015 al 2018 è stato Presidente dei CdS in Fisica e Astrofisica ed in Scienze Fisiche ed Astrofisiche dell’Università di Firenze
Dal 2012 è membro del Collegio dei docenti del Dottorato in Fisica e Astronomia dell'Università di Firenze.
Dal 2012 è membro della Young Academy of Europe e dell’Academia Europea.
Legenda
Curriculum Vitae of Giovanni Modugno
Born on November 1st, 1969; nationality: Italian
Full Professor of Physics of Matter at Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Firenze
Orcid: https://orcid.org/0000-0002-4394-8593
Research web sites:
http://quantumgases.lens.unifi.it/exp/dy
http://quantumgases.lens.unifi.it/exp/k1
http://quantumgases.lens.unifi.it/exp/k2
Education and academic career
since 2022: Full Professor of Physics of Matter at Università di Firenze
2005-2022: Associate Professor of Physics of Matter at Università di Firenze
2002-2005: Researcher at CNR
1999-2002: Post-doc associate at LENS, Università di Firenze
1999: PhD in Physics at Scuola Normale Superiore in Pisa (summa cum laude).
1995: Master in Physics at Università di Firenze (summa cum laude).
Research
Main current interest:
With my research groups, I am currently exploring condensed matter phenomena with experiments on ultracold quantum gases. The exquisite tunability of the physical parameters, including various types of interactions, allows to study both elusive and exotic phenomena related to many-body and few-body phenomena. Some phenomena are in the quantum-simulation regime, i.e., not accessible by the theory or with numerical simulations. For a discussion, see for example the goals and results of the FET project QUIC (www.quic-project.eu) that I coordinated recently.
My main current activity is on the study of an elusive quantum phase of matter, the supersolid, which combines the properties of solids and of superfluids. The supersolid had been hypothesized more than 50 years ago and has been searched without success in the context of solid helium. We have been able to realize it very recently in a quantum gas of strongly magnetic atoms, and we are currently studying the unique, fascinating properties of this novel phase of matter. Our discovery is raising a strong interest in the scientific community, see for example: Physics 12, 38 (2019); Nature 569, 494 (2019); Nature Physics 15, 986 (2019); Nature 574, 341 (2019); Physics 12, 145 (2019). This activity takes place in a new lab I have recently set up in Pisa, as a collaboration between CNR-INO and LENS - Università di Firenze.
Other interests and past achievements:
- For several years I have studied the Anderson localization problem and related disordered problems with ultracold quantum gases with tunable interactions and controlled, deterministic disorder created with optical potentials. The main achievements have been the first observation of Anderson localization for ultracold atoms and the first measurement of the mobility edge in 3D. I have also investigated the effect of contact interactions on localized disordered phases, in both regimes of weak interactions – where interactions tend to delocalize the particles and give rise to subdiffusion or superfluidity – and of strong interactions – where interaction can reinforce the localization due to disorder. An important related problem is many-body localization, which can occur in some regimes for excited many-body states. A general question I would like to answer with the newly available dysprosium system is whether contact and dipolar interactions have the same effect or produce different phenomena.
- Another problem I am interested is the three-body Efimov effect, in which three bosons can be bound even in the absence of two-body bound states due to a peculiar long-range force arising from strong contact interactions. I would now like to push this type of studies towards dipolar systems, employing the dysprosium gas that is becoming available in the laboratory.
- For various years I have employed weakly interacting Bose and Fermi gases to study the basic dynamical mechanisms in periodic potentials and their applications to precision measurements. One of the goals has been to measure weak forces with micrometric resolution, using the famous Bloch oscillation mechanism.
– At the beginning of my carrier I have discovered and characterized new atomic condensates of potassium atoms and new potassium-rubidium quantum mixtures. One of such systems, potassium-39, is employed today in many laboratories worldwide for its special properties about interaction tuning in both limits of weak and strong interactions. Paradoxically, the weak interaction limit is turning out to be the most interesting one, as witnessed by the recent discovery of quantum liquid droplets.
Publications:
101 documents, 6500 citations (source: Scopus, April 2021), including Nature and Nature Physics (6 papers, 2 commentaries), Science (3 papers, 1 commentary), Physical Review Letters (22 papers, 1 commentary), Review of Progress in Physics (1 paper as single author).
H-index: 37 (source: Scopus, April 2021).
Selected publications:
- Evidence of superfluidity in a dipolar supersolid from non-classical rotational inertia, L. Tanzi et al., Science, 371, 1162 (2021).
- Supersolid symmetry breaking from compressional oscillations in a dipolar quantum gas, L. Tanzi et al., Nature 574, 382 (2019).
- Observation of a dipolar quantum gas with transient supersolid properties, L. Tanzi et al., Phys. Rev. Lett. 122, 130405 (2019).
- Self-bound quantum droplets in atomic mixtures, G. Semeghini et al., Phys. Rev. Lett. 120, 235301 (2018).
- Measurement of the mobility edge for 3D Anderson localization, G. Semeghini et al., Nature Physics 11, 554–559 (2015).
- Anderson localization in Bose–Einstein condensates, G. Modugno, Rep. Progr. Phys. 73, 102401 (2010).
- Delocalization of a disordered bosonic system by repulsive interactions, B. Deissler et al., Nature Physics 6, 354-358 (2010).
- Observation of an Efimov spectrum in an atomic system, M. Zaccanti et al., Nat. Phys. 5, 586 (2009).
- Anderson localization of a non-interacting Bose-Einstein condensate, G. Roati et al., Nature 453, 896 (2008).
- 39K Bose-Einstein condensate with tunable interactions, G. Roati et al., Phys. Rev. Lett. 99, 010403 (2007).
- Collapse of a degenerate Fermi gas, G. Modugno et al., Science 297, 2240 (2002).
- Bose-Einstein condensation of potassium atoms by sympathetic cooling, G. Modugno et al., Science 294, 1320 (2001).
Awards and fellowships:
2022: Advanced Grant, European Research Council
2014: Outstanding Referee Award, American Physical Society
2012: invited fellow of the Young Academy of Science
2008: Starting Grant, European Research Council
Conferences and talks:
Invited talks/lectures: More than 60 talks at the main conferences on AMO physics and quantum gases, lectures at international schools and seminars at institutions worldwide.
Conference/workshop organization:
2017: Chair, QUIC workshop on "Quantum simulations of insulators and conductors", Florence.
2013: Chair, Ultracold Quantum Matter session, CLEO/IQEC conference, Munich.
2008: Chair, ESF workshop on “Precision measurements with atoms, molecules and photons”, Florence.
Project coordination:
2019-2022: QuantERA (Unit coordinator), “MAQS – Magnetic atoms quantum simulators”.
2015-2019: FET Proactive – Horizon2020 (Project coordinator), “QUIC - Quantum simulations of insulators and conductors”.
2011-2013: PRIN (Project coordinator) “Interferometria con condensati di Bose-Einstein ed entanglement quantistico”.
2007-2015: INFN research grant (Project coordinator from 2013 to 2015; unit coordinator until 2013), “MICRA – Misure interferometriche di forze a corto range con reticoli atomici”.
2008-2013: ERC Starting Grant (Principal investigator), “QUPOL – Quantum gases of polar molecules”.
2008-2010: ESF (Unit coordinator), “Quantum gases for precision interferometry”.
2007-2009: PRIN (Unit coordinator) “Rumore e decoerenza in gas quantistici ultrafreddi”.
2006-2007: CNISM (Project coordinator) “Quantum gases of dipolar molecules for quantum computation”.
Referee activity:
Habilitation/PhD: Routinely invited to committees in national and European institutions.
Journals: Nature journals (Nature, Nature Physics, Nature Communications, Scientific Reports), Science, Physical Review Letters, Physical Review X, Physical Review, EPS, New Journal of Physics, etc. Outstanding Referee of the American Physical Society for the year 2014.
Funding agencies: European Research Council, MIUR – Italy, ANR - France, ARC - Australia, DFG - Germany, DOE and NSF – United States, NWO – The Netherlands.
Editorial activity:
2012-2013: Guest Editor of the Special issue of New Journal of Physics on “Frontiers of disorder physics”.
Academic responsibilities:
2013-2018: Dean of studies in Physics and Astrophysics at the University of Florence (vice-dean until 2014)
2012-2021: member of the Committee of the PhD course in Physics and Astronomy of the University of Florence
Since 2021: member of the Committee of the PhD course in Atomic and Molecular Photonics, LENS, University of Florence
Teaching and students supervision:
Teaching (University of Florence): Optics Laboratory for physicists; various courses on general Physics for biotechnologists and engineers; master and PhD courses on the physics of quantum gases.
Students and postdoc supervision: 20 bachelor/master students; 10 internship students; 13 PhD students; 12 post-docs. Many former students/post-docs have established their own academic careers in Europe; the list includes various recent ERC grantees.