Descrizione del modulo "Modellizzazione e studi \"ab-initio\" di materiali funzionali e Sistemi complessi (MD.P02.023.001)"

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  • Descrizione del modulo "Modellizzazione e studi \"ab-initio\" di materiali funzionali e Sistemi complessi (MD.P02.023.001)" (literal)
Tematiche di ricerca
  • Il modulo e' impegnato in diversi settori: i) fenomeni emergenti in materiali disordinati soffici, quali sistemi colloidali, gel e granulari, riguardanti le proprietà termodinamiche, meccaniche, geometriche e reologiche; ii) sistemi elettronici fortemente correlati, quali cuprati, manganiti e sistemi organici; iii) trasporto quantistico di carica e/o spin in nanostrutture; iv) proprieta' elettroniche, ottiche, strutturali e di trasporto di superfici e nanostrutture, con particolare riferimento a sistemi ibridi organico-inorganico ed ai materiali organici; v) materiali innovativi per le energie rinnovabili. (literal)
Competenze
  • - Pluriennale esperienza in sistemi (cuprati, manganiti e nichelati) in cui e' presente una forte sinergia tra correlazione elettronica ed accoppiamento carica-reticolo; -lunghissima esperienza nello studio di sistemi quali grafene e nanostrutture basate sul carbonio, materiali e superfici ibridi organico-inorganico, ossidi nanostrutturati, con tecniche \"ab-initio\" -ampia competenza nel campo dello studio di interazioni spin-carica per generare e controllare correnti di spin (spintronica); (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L' attività di ricerca ha come obiettivo lo studio delle proprietà di un' ampia classe di materiali funzionali con il fine di individuare funzionalità che possano permettere la progettazione di dispositivi di nuova concezione. Anche se siamo impegnati su studi di base dei materiali e, quindi, ancora molto lontani dalla realizzazione concreta di tali dispositivi ci aspettiamo di poter dare indicazione nell' ambito dello sviluppo di sensori e di dispositivi fotovoltaici. Inoltre lo studio dei processi dinamici in mezzi granulari potrebbero presentare significative ricadute in diversi settori produttivi. (literal)
Obiettivi
  • -sviluppo di materiali soffici disordinati con nuove proprietà termodinamiche, meccaniche, geometriche e reologiche, i cui \"atomi\" sono particelle mesoscopiche (particelle polimeriche, colloidali, granulari). Applicazioni a sistemi biologici -studio da principi primi e modellistica di materiali multifunzionali per l'ottica e l'elettronica (grafene, nanostrutture basate sul carbonio e ossidi nanostrutturati con adsorbati organici per celle fotovoltaiche di nuova generazione), materiali organici -integrazione di metodologie di calcolo differenti per elaborare modelli \"multiscala\" -proprietà di trasporto e di assorbimento nella regione dell' infrarosso di FET costituiti da un mono-cristallo di materiale organico -calcolo delle funzioni spettrali fononiche e di singola particella per spiegare esperimenti di ARPES ed il softening anomalo del fonone nei cuprati -calcolo delle proprietà di trasporto in condizioni di non equilibrio in sistemi correlati e materiali organici -determinazione delle proprietà di trasporto in nanostrutture interagenti (quantum dots, eterostrutture F/S) (literal)
Stato dell'arte
  • Tra le sfide più interessanti che allo stato coinvolgono i ricercatori del modulo ci sono: i)la comprensione della transizione di jamming/unjamming in sistemi termici e non termici (vetri, gel e granulari) e lo studio della dinamica lenta di questi sistemi individuando eterogeneità dinamiche e proprietà geometriche; ii)lo studio di sistemi quali grafene e nanostrutture basate sul carbonio, materiali e superfici ibridi organico-inorganico, ossidi nanostrutturati, evidenziando come le proprietà di questi materiali possano essere modificate per effetto della presenza di specie atomiche o molecolari adsorbite (funzionalizzazione), di difetti e/o disordine strutturale; iii)l'interpretazione di esperimenti quali ARPES, conducibilità ottica e degli spettri fononici nei cuprati \"underdoped\" alla luce dell'evidenza dell'esistenza di una sostanziale interazione elettrone-fonone e di forti correlazioni elettroniche; iv)la comprensione dell'effetto delle interazioni elettroniche sulla corrente di spin/carica, il ruolo dell'interazione con le deformazioni reticolari e l'uso di metodologie diverse per generare correnti di spin (basate per esempio sul pompaggio quantistico) (literal)
Tecniche di indagine
  • - tecniche di risoluzione numeriche di modelli classici (simulazioni Monte Carlo e di dinamica molecolare) nonché conti analitici (approssimazioni di campo medio); - diagonalizzazione esatta e metodi semianalitici (DMFT) di sistemi quantistici in presenza di forti correlazioni elettroniche e interazione con le fluttuazioni del reticolo; - calcoli da principi primi delle proprieta' elettroniche, ottiche, strutturali e di trasporto di materiali multifunzionali. Algoritmi basati sulle funzioni di Wannier massimamente localizzate. Metodo del tight binding per lo studio della risposta ottiche di nanostrutture composte da un elevato numero di atomi; -tecniche diagrammatiche di forte accoppiamento; approccio delle funzioni di Green di non-equilibrio. (literal)
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