FISICA TEORICA DELLA MATERIA

La fisica della materia condensata mira a comprendere e possibilmente guidare il comportamento quantico di atomi, molecole e materiali estesi e rappresenta la più grande area della fisica moderna. Le innumerevoli linee di ricerca la rendono estremamente dinamica e multidisciplinare con ramificazioni che vanno dalla fisica puramente teorica alla fisica applicata, dove si sovrappone alla scienza dei materiali, alla chimica, alla biologia e all’ingegneria elettronica. La ricerca è principalmente caratterizzata da collaborazioni "democratiche" di piccole/medie dimensioni che consentono un rapido scambio di idee e un flusso costante di innovazioni. Gli sviluppi teorici e sperimentali degli ultimi 70 anni hanno di fatto rivoluzionato la nostra vita quotidiana grazie a dispositivi come transistor, laser, unità a stato solido, celle fotovoltaiche, ecc. E la rivoluzione continuerà ancora ...

Settore Tematico (Concorsuale): 02/B2

Permanent Staff

Prof. Maurizia Palummo

Dott. Enrico Perfetto

Prof. Olivia Pulci

Prof. Gianluca Stefanucci

Le principali linee di ricerca in Fisica Teorica della Materia attive nel nostro Dipartimento sono:

Eccitoni in bassa dimensionalità

Gli eccitoni sono simili all’atomo di idrogeno in cui la "mancanza di un elettrone" (vacanza) svolge il ruolo del protone. Si formano a seguito dell'illuminazione di isolanti e semiconduttori, dominano le proprietà ottiche in basse dimensioni e sono ubiquitari nell'optoelettronica. Studiamo le proprietà dell'eccitone singolo, come l’energia di legame, la distribuzione spaziale, il tempo di vita, ecc., in nanodots, nanowires, materiali bidimensionali ecc. Studiamo anche il comportamento esotico dei fluidi eccitonici (screening, condensazione di Bose , ecc.) sia in equilibrio che in stati eccitati.

Collaborazioni esterne: CNR-ISMN, Fritz Haber Institute, CNR-NANO, Massachusetts Institute of Technology, Caltech Institute of Technology, Politecnico di Torino, CNRS (Orsay,  Neel Institute Grenoble, and Marseille),  Friedrich Schiller Universitaet, Westlake University, Southampton University (UK)

FONDI DI RICERCA: PRIN 2017, UTOV project-2DUTOPI,  PRACE-2DOPTEL, 1 Iscra-B, HORIZON2020 MSCA RISE "CoExAN", HORIZON2020 MSCA RISE "DiSETCOm"

 

Optoelettronica e raccolta dell'energia

Comprendere la natura quantomeccanica fondamentale delle eccitazioni elettroniche e / o ottiche dei materiali è un prerequisito importante per qualsiasi applicazione di dispositivi nell'optoelettronica e nello raccolta di energia. I sistemi di recente interesse sono: i) perovskiti di alogenuri ibridi e inorganici per applicazioni fotovoltaiche e LED a basso costo, ii) eterostrutture 2D di gruppo III-nitriti, iii) batterie ricaricabili a base di Na

Collaborazioni esterne: UniPG, Tokyo Univ., Valencia Univ., Valparaiso Univ., CNR-NANO, IIT-Milano, ENEA Casaccia

FONDI DI RICERCA: 2 Iscra-B, HPC Europa3, MiSE PTR 2019-2020

 

 

 

Proprietà topologiche della materia

Oltre ai metalli, ai semiconduttori e agli isolanti, è stata recentemente scoperta una nuova classe di composti, I materiali topologici. La loro superficie ha proprietà diverse rispetto al bulk: l'isolante topologico può essere un conduttore perfetto in superficie, anche a temperatura ambiente; I semimetalli di Weyl possono avere perfette proprietà conduttive sia nel bulk che in superficie. Queste incredibili proprietà sono legate all'esistenza di stati topologicamente protetti. La peculiare struttura di spin degli stati topologici consente la progettazione di interruttori ottici che funzionano senza campo magnetico esterno, consentendo un importante progresso tecnologico. Studiamo Dirac, Weyl semimetals, isolanti topologici e la loro transizione verso isolanti di banda dopo l'applicazione di un campo elettrico esterno.

Collaborazioni esterne: Friedrich Schiller Universitaet (Jena, Germany), Loughborough University (UK), CNR,  Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, National Academy of Science of Ukraine, University of Roma 3, ISP Kiev, Belarus State University 

Fondi di ricerca: HORIZON2020 MSCA RISE "CoExAN", HORIZON2020 MSCA RISE "DiSETCOm"

 

Effetti di correlazione in materiali organici

I processi guidati dalla luce nei materiali organici sono di indubbia importanza in diversi campi dall'optoelettronica, della raccolta di energia solare, della fotochimica e della fotobiologia. Attraverso sofisticati approcci quantomeccanici teorici e numerici studiamo diverse classi di composti organici in collaborazione con gruppi sperimentali e miriamo a comprendere i meccanismi fondamentali guidati dall'interazione tra elettroni, tra elettroni e nuclei e tra elettroni e fotoni (effetti di shake-up, decadimenti Auger, trasferimenti di carica, ionizzazione multifotonica, decoerenza nucleare ecc.) che sono alla base della fotoprotezione e del fotodanno.

Collaborazioni esterne: CNR Montelibretti (Rome, Italy), Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), DESY (Hamburg, Germany), IFN-CNR (Milan, Italy), Bicocca, Politecnico Milano

FONDI DI RICERCA: PRIN 2017   

 

 

 

Applicazioni al patrimonio culturale

L'ingiallimento della carta e quindi l’invecchiamento provoca gravi danni estetici al patrimonio culturale. Esso è dovuto all'ossidazione della cellulosa, un processo complesso con molti possibili prodotti ancora da chiarire. Confrontando gli spettri di riflessione ultravioletta-visibile di carte moderne antiche e invecchiate artificialmente con i calcoli della teoria del funzionale densità dipendente dal tempo, possiamo identificare e stimare l'abbondanza di gruppi funzionali ossidati che agiscono come cromofori e responsabili dell'ingiallimento della carta.
Questa conoscenza può essere utilizzata per impostare strategie e trattamenti chimici selettivi che possano prevenirlo.

Collaborazioni esterne: CNR-ISC

FONDI DI RICERCA: ADAMO project (DTC Lazio)

 

 

 

Sviluppi teorici e computazionali

Sono necessari sviluppi teorici e computazionali per calcolare accuratamente le proprietà specifiche del materiale e per gestire una complessità sempre crescente dei sistemi studiati. Continuiamo a sviluppare uno degli approcci più versatili in fisica, ovvero il formalismo della funzione di Green. Continuiamo inoltre a sviluppare e mantenere i nostri codicie il codice open source Yambo (http://www.yambo-code.org/)

Collaborazioni esterne: University of Jyvaskyla (Jyvaskyla, Finland), Universidad del Pais Vasco (San Sebastian, Spain), Max Planck Institute (Hamburg, Germany), CNR-NANO, CNR-ISM

FONDI DI RICERCA: PRIN 2017