Descrizione del modulo "Analisi e modellizzazione di nanodispositivi quantistici e di sistemi complessi (MD.P02.023.002)"

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  • Descrizione del modulo "Analisi e modellizzazione di nanodispositivi quantistici e di sistemi complessi (MD.P02.023.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La commessa risponde alla esigenze di sviluppare una nuova classe di nanodispositivi basati sulle proprieta' quantistiche su scala macroscopica, che permettono di implementare nuove ed innovative funzionalita' rilevanti per le ambiti computazionali (quantum computation), sensoristica di elevata sensibilita, telecominicazioni, sicurezza, tecnologie smart e, finanche, applicazioni all'energetica ed al risparmio energetico. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Il modulo si sviluppa secondo una linea principale relativa allo studio delle proprietà elettroniche e di trasporto di nanodispositivi quantistici. Verranno studiate le proprietà fuori equilibrio e di coerenza nei nanodispositivi. Il continuo sviluppo nel campo della nanoelettronica richiede infatti una profonda comprensione di fenomeni fisici quali la correlazione elettronica e la decoerenza. Si studieranno sistemi quali: i liquidi elettronici bidimensionali nel regime Hall, gli stati di bordo negli isolanti topologici a due e tre dimensioni, i dispositivi nanoelettromeccanici e i quantum dots. Vengono anche approfondite tecniche di teorie di campo efficaci al fine di modellizzare sistemi fortemente correlati o che emergono ai bordi di sistemi con topologia non triviale. (literal)
Competenze
  • - Conoscenze dei meccanismi fisici fondamentali dei nanodispositivi quantistici che operano in regime coerente e fuori di equilibrio. - Esperienza decennale nei sistemi quantistici dissipativi con forti effetti di memoria. - Esperienza nei sistemi a ridotta dimensionalita' a forte correlazione elettronica (effetto Hall quantistico, liquidi di Luttinger, quantum dots). - Conoscenza delle tecniche di analisi dei sistemi nanoelettromeccanici (nanotubi sospesi, transistor molecolari). _ Conoscenza delle tecniche di analisi di giunzioni Josephson sottoposte a gradienti termici. _ Conoscenze delle tecniche di analisi delle teorie di campo olografiche proposte recentemente per analizzare i sistemi fortemente correlati vicino al punto critico. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L' attività di ricerca ha come obiettivo lo studio delle proprietà di trasporto di un' ampia classe di nanodispositivi. Anche se siamo solitamente impegnati alla caratterizzazione e comprensione della fisica di base dei nanodispositivi, della loro modellizzazione ed, eventuale, progettazione. Attraverso pero' le collaborazioni sperimentali che abbiamo in alcuni casi riusciamo a proporre nuovi design di nanodispositivi, nonche' protocolli di misura, che rappresentano un concreto passo scientifico con potenziali ricadute applicative. Per alcuni casi poi l'applicazione dei medesimi nanodispositivi e concetti potrebbe essere fondamentale per lo sviluppo di una nuova generazione di nanodispositivi quantistici che possono, su specifiche funzionalita', rappresentare un concreta rivoluzione. (literal)
Tecnologie
  • - Macchine di calcolo (desktop e laptop). (literal)
Obiettivi
  • Obiettivi principali del modulo sono lo studio delle proprietà di trasporto quantistico fuori equilibrio in nanodispositivi: -determinazione della corrente e del rumore in nanodispositivi basati sull' effetto Hall quantistico frazionario; studio degli effetti di interferenza - proprietà di trasporto in isolanti topologici -valutazione della dinamica di sistemi nanoelettromeccanici e nanodispositivi quantistici fuori di equilibro -determinazione delle proprietà dei trasporto in nanotubi di carbonio sospesi. (literal)
Stato dell'arte
  • Nello studio dei nanodispositivi si è dimostrata cruciale l'influenza dell'interazione elettronica. Essa determina e condiziona le proprietà dinamiche e di trasporto dei dispositivi. L'interazione è cruciale anche nei sistemi nanoelettromeccanici in cui le proprietà di trasporto elettronico sono legate alla dinamica dei modi vibrazionali. Tra i sistemi a stato solido nanostrutturati, inoltre, un crescente interesse é rivolto ai sistemi topologicamente protetti importanti anche per la computazione quantistica per i quali la coerenza macroscopica persiste per il tempo necessario allo svolgimento della computazione stessa. Recentemente si e' sviluppata attenzione verso i sistemi ibridi con superconduttore, sistemi con spin-orbita e giunzioni Josephson. La caratterizzazione e lo studio delle proprieta' di trasporto di carica, spin e termico dei nanodispositivi sono tipicanente utilizzati al fine di approfondire e comprendere la fisica e le applicazioni di tali sistemi. (literal)
Tecniche di indagine
  • - Tecniche di trasporto fuori di equilibrio sia di tipo analitico (tecniche diagrammatiche in tempo reale e funzioni di Green alla Keldysh) che di tipo numerico-computazionale (master equation e tecniche ab-initio). - Metodi di analisi di sistemi coerenti in presenza di dissipazione (path integral e master equation generalizzate). - Tecniche di analisi delle proprietà di fluttuazione di nanodispositivi con dinamica non-Markoviana in presenza di coerenza e dissipazione. (literal)
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