Descrizione del modulo "Sviluppo di metodi della teoria del funzionale densità (MD.P06.034.002)"

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  • Descrizione del modulo "Sviluppo di metodi della teoria del funzionale densità (MD.P06.034.002)" (literal)
Tematiche di ricerca
  • -) Sviluppo di funzionali di scambio e correlazione (XC) di terza generazione, che dipendono cioe' dagli orbitali di Kohn-Sham. Saranno sviluppati efficienti metodi a scambio esatto con l'inclusione di funzionali di correlazione derivanti da metodi perturbativi a molti corpi. Questi nuovi funzionali sono privi di errori di autointerazione e permetteranno di calcolare in maniera molto precisa i livelli energetici per una corretta descrizione dell'interazione fra molecole organiche e substrati metallici. -) Sviluppo di metodi multiscala QM/MM e basati sulla tecnica del \"frozen-density orbital-free\" (FDOF) embedding, al fine di studiare sistemi molecolari complessi interagenti con superfici metalliche e nanoparticelle metalliche di grandi dimensioni. -) Sviluppo di funzionali cinetici e di XC che dipendono dal laplaciano della densita'. -) Applicazione dei metodi DFT e TD-DFT per lo studio delle proprieta' elettroniche ed ottiche di molecole organiche e interfaccie metallo-molecola. -) Studio delle proprieta' elettromagnetiche di nanoparticelle metalliche e dell'aumento della fluorescenza di emettitori in presenza di substrati plasmonici. (literal)
Competenze
  • - competenze nel calcolo della struttura elettronica dello stato fondamentale con metodi della teoria del funzionale densità (DFT) e metodi basati sulle funzioni d'onda (Hartee-Fock, random-phase approximation e coupled cluster) - competenze nel calcolo degli stati eccitati con metodi della teoria del funzionale dipendente dal tempo (TD-DFT) e metodi basati sulle funzioni d'onda (configuration-interaction e coupled-cluster) - conoscenze delle proprieta' chmico-fisiche di molecole organiche, superfici metalliche e intefraccie metallo/ molecole organiche - competenza di elettromagnetismo computazionale - competenza nello sviluppo di codici ad alte prestazioni - competenze sistemistiche e informatiche per la gestione delle risorse di calcolo ad alte prestazioni (HPC). (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Lo studio teorico dell'interazione tra molecole organiche e metalli e' di fondamentale importanza - per l'ottimizzazione di dispositivi organici ad emissione di luce (OLED); - per lo sviluppo dell'elettronica molecolare; (literal)
Tecnologie
  • I sistemi da investigare (molecole organiche, clusters metallici e molecole organiche interagenti con substrati metallici) saranno studiati attraverso la simulazione al calcolatore, utilizzando server paralleli ad alte prestazioni. Verrano effettuati calcoli da principi primi utilizzando la DFT e la TD-DFT per lo studio delle proprieta' conformazionali, elettroniche e ottiche. Verrano utilizzati sia metodi basati su funzioni d'onda gaussiane (TURBOMOLE), su onde piane(QUANTUM-ESPRESSO) e ad orbitali numerici (AIMS). Per le simulazioni elettromagnetiche si utilizzera il codice ADDA. (literal)
Obiettivi
  • - Sviluppo funzionali di scambio e correlazione dipendenti dagli orbitali - Studio dell'interazione molecola organica-substrato metallico - Sviluppi di metodi multiscala per l'interazione molecola-substrato metallico - Sviluppo di metodi per il calcolo dell'aumento della fluorescenza in presenza di nanoparticelle metalliche (literal)
Stato dell'arte
  • Nonstante il successo dei metodi computazionali basati sulla teoria del funzionale densita' (DFT) e sulla DFT dipendente dal tempo (TD-DFT) per la descrizione delle proprieta' elettroniche e ottiche di vari sistemi, i funzionali di scambio e correlazione attualmente usati mostrano severe limitazioni. Infatti anche i piu' moderni funzionali (ibridi e/o con correzioni a lungo raggio) soffrono del problema dell'autointerazione e quindi non descrivono correttamente le energie di disperisone, la correlazione statica, le molecole a guscio aperto, la polarizzazione, le gap energetiche, il potenziale di ionizzazione, le eccitazione dei stati Rydberg e ,non ultimo, le eccitazione a trasferimento di carica. Recentemente i funzionali dipendenti dagli orbitali di Kohn-Sham (ad esempio i metodi a scambio esatto) hanno attirato molto attenzione perche' riescono a risolvere molti dei problemi di cui sopra. Le varie implementazioni attuali pero' non sono applicabili a molecole di medie-grandi dimensioni e interagenti con substrati metallici. In particolare l'utilizzo degli attuali funzionali a interfacce metallo/molecola predice un errato allineamento dei livelli energetici. (literal)
Tecniche di indagine
  • - Density Functional Theory - Random Phase Approximation - Coupled Cluster - Discrete Dipole Approximation (literal)
Descrizione di

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