Descrizione del modulo "Sviluppo di metodologie computazionali per la progettazione e caratterizzazione in silico di materiali polimerici (PM.P07.004.003)"

Type
Label
  • Descrizione del modulo "Sviluppo di metodologie computazionali per la progettazione e caratterizzazione in silico di materiali polimerici (PM.P07.004.003)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Lo sviluppo di metodi computazionali efficienti nell'ambito della \"materials science\" contribuisce a rendere più efficiente, meno dispendiosa e meno inquinante la ricerca di nuovi materiali e la caratterizzazione di quelli esistenti. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Gli approcci modellistici stanno acquisendo un ruolo sempre maggiore in ambito chimico: per sistemi molecolari di dimensioni medie le previsioni computazionali sono ormai efficienti e affidabili, e rappresentano un indispensabile complemento ai dati sperimentali. Analoghe applicazioni nell'ambito dei sistemi (bio)macromolecolari presentano tuttavia difficoltà teoriche e pratiche notevoli, connesse alle grandi dimensioni molecolari, alla flessibilità spesso elevata, all'interesse specifico per il comportamento in fasi condensate, e in molti casi anche all'intrinseca complessità dei fenomeni coinvolti. Tecniche promettenti per affrontare con successo la progettazione e caratterizzazione in silico di materiali (bio)macromolecolari fanno riferimento ad approcci multiscala, basati sul partizionamento del sistema in regioni descritte in maniera integrata mediante livelli di teoria differenti. La tematica centrale del Modulo è la messa a punto di protocolli e strategie computazionali che integrino in maniera efficiente, sia in ambiti statici che dinamici, le metodologie di riferimento, dai metodi quantistici alla meccanica molecolare e ai modelli \"mean-field\". (literal)
Competenze
  • Per lo svolgimento delle tematiche del Modulo, particolare rilievo hanno le seguenti competenze teoriche, computazionali e sistemistiche: - Metodi per il calcolo della struttura elettronica, sia nello stato fondamentale che di stati eccitati, con particolare riguardo agli approcci basati sulla teoria del funzionale densità (DFT e TD-DFT). - Metodi di meccanica e dinamica molecolare classica e ab initio. - Metodi continui (\"mean-field\") per la descrizione degli effetti dell'ambiente (solvente, matrice polimerica, ...). - Competenza sistemistiche e informatiche, con particolare riferimento alla gestione di sistemi HPC. - Esperienza nello sviluppo di algoritmi paralleli. - Esperienza nella messa a punto e gestione di reti computazionali (\"grid\"). (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L'utilizzazione di approcci modellistici è potenzialmente rilevante su diversi fronti applicativi: - Interpretazione e razionalizzazione di dati sperimentali (in particolare parametri spettroscopici) misurati su specifici materiali. - Predizione delle caratteristiche di nuovi materiali: fasi di \"pre-screening\" di questo genere sono ormai largamente diffuse in ambito farmacologico, ma ancora in pieno sviluppo nei settori applicativi di specifico interesse nell'ambito della Commessa. Particolarmente promettenti sono anche le applicazioni nell'ambito dei materiali \"soft\", ad es. di derivazione biomolecolare. (literal)
Tecnologie
  • Ulteriori tecniche d'indagine sono: - Metodi MM combinati ad approcci di tipo \"quasi-statico\", per l'esplorazione di processi di rilassamento di polimeri, e in particolare per l'interpretazione delle transizioni secondarie osservate negli spettri dinamico-meccanici. - Estensione di modelli QM/MM alla simulazione di processi dinamici. - Utilizzazione di calcoli QM statici e dinamici per la parametrizzazione di campi di forza. - Metodi integrati per il calcolo di parametri spettroscopici (magnetici, ottici, vibrazionali). (literal)
Obiettivi
  • - Sviluppo di approcci integrati per la modellistica computazionale di sistemi polimerici tecnologici e biochimici, con particolare riguardo alla predizione di proprietà meccaniche e spettroscopiche. - Implementazione in codici di calcolo multiscala. - Sviluppo di piattaforme per il calcolo distribuito su scala geografica (\"grid\"), che ad un'utilizzazione più efficiente delle risorse hardware, software e gestionali abbinano la possibilità di affrontare problemi di \"dimensioni\" computazionali altrimenti inaccessibili. (literal)
Stato dell'arte
  • L'importanza crescente di approcci modellistici negli ambiti tipici della \"materials science\" e dei sistemi biomacromolecolari emerge chiaramente dalla letteratura. In questo come in altri settori, l'interpretazione dei risultati sperimentali è generalmente complessa, e l'apporto di modellizzazioni teoriche riveste un ruolo importante nella razionalizzazione dei dati. Sempre più spesso inoltre la progettazione di materiali innovativi si avvale di predizioni teoriche. Viceversa, lo sviluppo di protocolli computazionali si giova dei \"benchmark\" forniti dagli approcci sperimentali. (literal)
Tecniche di indagine
  • Di seguito sono elencate le principali tecniche utilizzate: - Metodi ab initio multiscala basati sulla teoria del funzionale della densità (DFT). I calcoli di struttura elettronica utilizzano di norma funzionali ibridi, computazionalmente efficienti e accurati nel calcolo delle proprietà di sistemi molecolari contenenti atomi appartenenti all'intero sistema periodico. - Metodi multiscala misti meccanica quantistica / meccanica molecolare. Il sistema è scomposto in una combinazione gerarchica di parti: una regione interna (\"core\") da trattare ad un livello accurato (QM), ed una regione esterna, descritta in genere con metodi di meccanica molecolare (MM), meno accurati, ma computazionalmente economici. - Modelli continui (approssimazione di \"mean field\") per descrivere il \"bulk\", cioè le interazioni a lungo raggio con l'ambiente. (literal)
Descrizione di

Incoming links:


Descrizione
data.CNR.it