Quantum Physics Group

Welcome to the Quantum Physics Group at IFIRSE. Our research focuses on Quantum Matter and Quantum Optics, exploring the deep structure of nature through the lens of geometry, topology, and quantum physics. We investigate how space, time, and gravity emerge from the collective behavior of quantum many-body systems, drawing connections between condensed-matter systems and ideas traditionally associated with high-energy physics. We also study quantum light–matter interactions and the topological properties of non-Hermitian photonic systems, including exceptional points (EPs) and bound states in the continuum (BICs). Combining field-theoretic methods, quantum geometry, gauge theory, and numerical approaches, we collaborate closely with experimental groups to design table-top realizations of theoretical concepts — from emergent gravitons in quantum Hall systems to synthetic higher-dimensional topological phases in photonic crystals.

Group Leader: Dr. Dung Xuan Nguyen Quantum Physics Group · IFIRSE · ICISE

🔗 Group Website ↗

Research Directions

FQH

Fractional Quantum Hall Emergent Gravitons, Spectral Sum Rules, Composite Fermions Our core direction. The neutral magnetoroton excitation carries spin 2 and behaves as a massive emergent graviton; our spectral sum rules first connected it to the Hall viscosity and the geometry of the quantum Hall ground state. We study multiple graviton modes and their chirality in Jain states, the spin structure probed by polarized Raman scattering, higher-spin modes, and particle–hole-symmetric Dirac composite fermion theory.

Photonics Topological Lasing, Synthetic Dimensions, Exceptional Points, BICs We design photonic platforms that realize topological physics with light. Recent work demonstrates dynamically reconfigurable topological lasing at telecom wavelengths in bilayer photonic crystals via Thouless pumping, tunable through MEMS and phase-change materials, alongside Fermi-arc reconstruction in synthetic photonic lattices, magic flatbands in moiré photonic crystals, exceptional points, and bound states in the continuum.

Superfluids Vortex Lattices, Tkachenko Modes, Fracton–Elasticity Duality We develop the dual theory of the superfluid vortex lattice, formulating a nonlinear theory of the Tkachenko mode — the quadratically dispersing Nambu–Goldstone boson of the vortex crystal — through a noncommutative field theory with dipole symmetry, and a fracton–elasticity duality describing crystalline defects and quantum melting of 2D vortex crystals.

Graphene Emergent Curvature, Strained Graphene, Hydrodynamic Transport We study how strain in graphene mimics Dirac fermions in curved space under a pseudo-gauge field, providing a tabletop testbed for quantum Hall physics in curved geometries, and develop the quantum Boltzmann theory of hydrodynamic transport — electrical, thermal, and shear-viscous — in multilayer graphene.

Quantum Thermodynamics Thermodynamic Bounds, Quantum Heat Engines, Quantum Batteries An emerging direction examining how work, heat, and entropy behave at the quantum scale, where entanglement and coherence are essential resources. We focus on thermodynamic bounds in open quantum systems and the performance of quantum heat engines, building the theoretical foundation for quantum batteries.

Current Group Members

Dr. Dung Xuan Nguyen Group Leader / Principal Investigator IFIRSE · ICISE

Mr. Le Minh Hung Internship USTH

Alumni

Dr. Tilen Čadež (Postdoc) — now at APCTP, Pohang, Korea
Dr. Sonu Verma (Postdoc) — now at RPTU Kaiserslautern, Germany
Dr. Mohammad Mirzakhani (Postdoc) — now at Yonsei University, Korea
Yunseo Chang (Intern) — Seoul National University (SNU)

Selected Publications

Dung Xuan Nguyen, Dam Thanh Son, "Spin of fractional quantum Hall neutral modes and "missing states" on a sphere", Scipost Physics 19,131 (2025)
D-H Nguyen, Chiara Devescovi, Dung Xuan Nguyen, Hai Son Nguyen, Dario Bercioux, “Fermi arc reconstruction in synthetic photonic lattice”, Phys. Rev. Lett. 131, 053602 (2023)
Dung Xuan Nguyen, F. D. M. Haldane, E. H. Rezayi, Dam Thanh Son, Kun Yang, “Multiple Magnetorotons and Spectral Sum Rules in Fractional Quantum Hall Systems,” Phys. Rev. Lett. 128, 246402 (2022)

Glenn Wagner, Dung X. Nguyen, Steven H. Simon, and Bertrand I. Halperin, “ s-Wave Paired Electron and Hole Composite Fermion Trial State for Quantum Hall Bilayers with ν = 1”, Phys. Rev. Lett. 127, 246803 (2021) (Editors’ Suggestions)

Dung Xuan Nguyen, and Dam Thanh Son, “Dirac Composite Fermion Theory of General Jain’s Sequences ”, Phys. Rev. Research 3, 033217 (2021).

Dung Xuan Nguyen, and Dam Thanh Son, “Probing the spin structure of the fractional quantum Hall magnetoroton with polarized Raman scattering ”, Phys. Rev. Research 3, 023040 (2021).

Glenn Wagner, Dung X. Nguyen and Steven H. Simon, “Transport in bilayer graphene near charge neutrality: Which scattering mechanisms are important? ”, Phys. Rev. Lett. 124, 026601 (2020).

Glenn Wagner, Dung X. Nguyen, Dmitry L. Kovrizhin and Steven H. Simon, “Interaction effects and charge quantization in single-particle quantum dot emitters”, Phys. Rev. Lett. 122, 127701 (2019).

Dung Xuan Nguyen, Siavash Golkar, Matthew M. Roberts, and Dam Thanh Son., “Particle-hole symmetry and composite fermions in fractional quantum hall states,” Phys. Rev. B 97, 195314 (2018).
Dung Xuan Nguyen, Tankut Can, and Andrey Gromov, “Particle-hole duality in the lowest landau level”, Phys. Rev. Lett. 118, 206602 (2017).

Siavash Golkar, Dung Xuan Nguyen, Matthew M. Roberts, and Dam Thanh Son, “Higher-spin theory of the magnetorotons”, Phys. Rev. Lett. 117, 216403 (2016).
Siavash Golkar, Dung X. Nguyen , and Dam T. Son. " “Spectral sum rules and magneto-roton as emergent graviton in fractional quantum hall effect” JHEP. 2016(1), 21 (2016)

Collaborations & Networks

The Quantum Physics Group maintains an extensive network of international collaborators across leading institutions. We work closely with:

Prof. Dam Thanh Son – University of Chicago, USA
Prof. F. D. M. Haldane – Princeton University, USA (Nobel Laureate, 2016)
Prof. Steven H. Simon – Oxford University, UK
Prof. Bo Yang – Nanyang Technological University, Singapore
Prof. Yong Baek Kim – University of Toronto, Canada
Dr. Ajit Balram – Institute of Mathematical Sciences (IMSc), Chennai, India
Dr. Sergej Moroz – Karlstad University, Sweden
Dr. Glenn Wagner – ETH Zurich, Switzerland
Prof. Hai Son Nguyen – École Centrale de Lyon, France
Prof. Dario Bercioux – Donostia International Physics Center (DIPC), Spain
Dr. Ha Son Tung – A*STAR, Singapore

Join Us

We welcome motivated students, postdocs, and visiting scholars interested in frontier research at the interface of condensed matter physics, quantum optics, and high-energy theory. For inquiries regarding research opportunities, please contact Dr. Dung Xuan Nguyen directly via the group website.

➡️ Full details about our research, publications, and open positions can be found on the group’s main page: Topological Quantum Matter and Quantum Optics @ ICISE

Chào mừng đến với Nhóm Vật lý Lượng tử tại IFIRSE. Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào Vật chất Lượng tử và Quang học Lượng tử, khám phá cấu trúc sâu của tự nhiên qua lăng kính hình học, tô pô và vật lý lượng tử. Chúng tôi tìm hiểu cách không gian, thời gian và lực hấp dẫn xuất hiện từ hành vi tập thể của các hệ nhiều hạt lượng tử, kết nối các hệ vật chất ngưng tụ với những ý tưởng vốn gắn liền với vật lý năng lượng cao. Chúng tôi cũng nghiên cứu tương tác ánh sáng – vật chất lượng tử và các tính chất tô pô của hệ quang tử phi Hermitian, bao gồm điểm ngoại lệ (EP) và trạng thái liên kết trong liên tục (BIC). Kết hợp các phương pháp lý thuyết trường, hình học lượng tử, lý thuyết gauge và phương pháp số, chúng tôi hợp tác chặt chẽ với các nhóm thực nghiệm để thiết kế các hiện thực hóa trên bàn thí nghiệm của các khái niệm lý thuyết — từ graviton đột sinh trong các hệ Hall lượng tử đến các pha tô pô chiều cao tổng hợp trong tinh thể quang tử.

Trưởng nhóm: TS. Nguyễn Xuân Dũng Nhóm Vật lý Lượng tử · IFIRSE · ICISE

🔗 Trang web nhóm ↗

Hướng nghiên cứu

FQH

Hiệu ứng Hall lượng tử phân số Graviton đột sinh, quy tắc tổng phổ, fermion phức hợp Hướng nghiên cứu cốt lõi. Kích thích trung tính magnetoroton mang spin 2 và hoạt động như một graviton đột sinh có khối lượng; các quy tắc tổng phổ của chúng tôi lần đầu tiên kết nối nó với độ nhớt Hall và hình học của trạng thái cơ bản Hall lượng tử. Chúng tôi nghiên cứu nhiều mode graviton và tính phải trái của chúng trong các trạng thái Jain, cấu trúc spin đo bằng tán xạ Raman phân cực, các mode spin cao, và lý thuyết fermion phức hợp Dirac thỏa mãn đối xứng hạt–lỗ trống.

Quang tử (Photonics) Laser tô pô, chiều tổng hợp, điểm ngoại lệ, BIC Chúng tôi thiết kế các nền tảng quang tử hiện thực hóa vật lý tô pô bằng ánh sáng. Công trình gần đây trình diễn laser tô pô tái cấu hình động ở bước sóng viễn thông trong tinh thể quang tử hai lớp qua bơm Thouless, điều chỉnh được bằng MEMS và vật liệu chuyển pha, cùng với tái cấu trúc cung Fermi trong mạng quang tử tổng hợp, dải phẳng kỳ diệu trong tinh thể quang tử moiré, điểm ngoại lệ và trạng thái liên kết trong liên tục.

Siêu lỏng (Superfluids) Mạng xoáy, sóng Tkachenko, đối ngẫu fracton–đàn hồi Chúng tôi phát triển lý thuyết đối ngẫu của mạng xoáy siêu lỏng, xây dựng lý thuyết phi tuyến của mode Tkachenko — boson Nambu–Goldstone với tán sắc bậc hai của tinh thể xoáy — qua lý thuyết trường phi giao hoán với đối xứng lưỡng cực, và đối ngẫu fracton–đàn hồi mô tả các khuyết tật tinh thể và sự nóng chảy lượng tử của tinh thể xoáy 2D.

Graphene Độ cong đột sinh, graphene biến dạng, vận chuyển thủy động lực học Chúng tôi nghiên cứu cách biến dạng trong graphene mô phỏng fermion Dirac trong không gian cong dưới trường giả gauge, tạo nền tảng thí nghiệm cho vật lý Hall lượng tử trong hình học cong, và phát triển lý thuyết Boltzmann lượng tử của vận chuyển thủy động lực học — điện, nhiệt và độ nhớt trượt — trong graphene đa lớp.

Nhiệt động lực học lượng tử Giới hạn nhiệt động lực học, máy nhiệt lượng tử, pin lượng tử Một hướng nghiên cứu đang triển khai, tìm hiểu cách công, nhiệt và entropy hoạt động ở thang lượng tử, nơi vướng víu và sự kết hợp là các tài nguyên căn bản. Chúng tôi tập trung vào các giới hạn nhiệt động lực học trong hệ lượng tử mở và hiệu suất của các máy nhiệt lượng tử, xây dựng nền tảng lý thuyết cho pin lượng tử.

Thành viên nhóm nghiên cứu hiện tại

TS. Nguyễn Xuân Dũng Trưởng nhóm IFIRSE · ICISE

Lê Minh Hùng Thực tập USTH

Cựu thành viên

TS. Tilen Čadež (Sau tiến sĩ) — hiện công tác tại APCTP, Pohang, Hàn Quốc
TS. Sonu Verma (Sau tiến sĩ) — hiện công tác tại RPTU Kaiserslautern, Đức
TS. Mohammad Mirzakhani (Sau tiến sĩ) — hiện công tác tại Đại học Yonsei, Hàn Quốc
Yunseo Chang (Thực tập) — Đại học Quốc gia Seoul (SNU)

Hợp tác & Mạng lưới

Nhóm Vật lý Lượng tử duy trì mạng lưới hợp tác quốc tế rộng khắp với các nhà nghiên cứu tại nhiều tổ chức hàng đầu. Chúng tôi làm việc cùng:

GS. Dam Thanh Son – Đại học Chicago, Hoa Kỳ
GS. F. D. M. Haldane – Đại học Princeton, Hoa Kỳ (Giải Nobel 2016)
GS. Steven H. Simon – Đại học Oxford, Vương Quốc Anh
GS. Bo Yang – Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore
GS. Yong Baek Kim – Đại học Toronto, Canada
TS. Ajit Balram – Viện Khoa học Toán học (IMSc), Chennai, Ấn Độ
TS. Sergej Moroz – Đại học Karlstad, Thụy Điển
TS. Glenn Wagner – ETH Zurich, Thụy Sĩ
GS. Hai Son Nguyen – École Centrale de Lyon, Pháp
GS. Dario Bercioux – Trung tâm Vật lý Quốc tế Donostia (DIPC), Tây Ban Nha
TS. Hà Sơn Tùng – A*STAR, Singapore

Tham gia cùng chúng tôi

Chúng tôi chào đón sinh viên, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và học giả thỉnh giảng có động lực, quan tâm đến nghiên cứu tiên phong ở giao diện giữa vật lý vật chất ngưng tụ, quang học lượng tử và lý thuyết năng lượng cao. Để biết thêm thông tin về cơ hội nghiên cứu, vui lòng liên hệ trực tiếp với TS. Nguyễn Xuân Dũng qua trang web của nhóm.

➡️ Chi tiết đầy đủ về nghiên cứu, ấn phẩm và vị trí mở của nhóm có thể được tìm thấy trên trang chính: Vật chất tô pô lượng tử và Quang học lượng tử @ ICISE