Presentazione dei percorsi didattici di:

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1 Presentazione dei percorsi didattici di: Superfluidi, liquidi e materia soffice Davide Galli, Davide Pini, Giulia Masserini Teoria dei solidi e delle nanostrutture Nicola Manini, Giovanni Onida

2 Superfluidi, liquidi e materia soffice Cos è un liquido? Stato della materia che può facilmente fluire Dominanti moti diffusivi Tanta materia nello stato liquido, anche in ambito biologico P.es. cellula di essere vivente Interno: soluzione acquosa di centinaia di biomolecole Membrana: liquido bidimensionale di biomolecole Caratterizzazione di un liquido Stato disordinato Stato fortemente correlato Costituenti di un liquido Piccole molecole (p.es. acqua): liquidi semplici Miscele di particelle di taglia molto diversa (p.es. acqua e biomolecole): liquidi complessi, materia soffice

3 In genere: stato liquido alta temperatura meccanica classica Cosa succede quando la meccanica quantistica interviene? Liquidi a basse temperature, p.es. Elio liquido Superfluidi: moti senza dissipazione Quantizzazione a livello macroscopico Corenza quantistica (onde di materia)

4 Esempi di temi di ricerca: liquidi classici r/m 1.8 za=3, zr=1.8, A=0.29 T* ï1 za=1, zr=0.5, A= In che modo le interazioni tra le particelle determinano il diagramma di fase? r/m za=7, zr=4, A= T* 0 kbt/ v(r)/ 2 T* g(r) lm 1 liquidïvapour fluidïsolid Soluzione numerica di teorie fisico-statistiche dello stato liquido * l Fenomeni di auto-organizzazione rilevanti per proteine, colloidi, polimeri È possibile predire teoricamente quali strutture si formeranno in determinate condizioni?"

5 Esempi di temi di ricerca: superfluidi 4 He confinato in pori nanometrici Quali effetti provoca il confinamento? È un liquido? È un solido? È un superfluido? simulazioni Monte Carlo quantistiche Top view Grain-boundary Possiamo avere superfluidità in un solido? La fase supersolida e la metallurgia quantistica Caratterizzazione delle proprietà di solidi quantistici in presenza di difetti

6 Teoria di Solidi, Superfici e Nanostrutture Attività teorico-computazionale su: nanoattrito (simulazioni classiche) strutture ab-initio di solidi / superfici / clusters / nanostrutture risposta ottica di solidi vibrazioni molecolari

7 fisica computazionale dell'attrito Simulazioni classiche del moto atomico Attenzione ai meccanismi di dissipazione Interessanti fenomeni solitonici

8 Simulazioni ab-initio: zero parametri! ingredienti N, Z Costo computazionale elevato Complessità dei codici Ma: OK per sistemi a bassa simmetria Generalità, trasferibilità Accesso a informazioni fisiche dettagliate Utile per progettare materiali con le proprietà desiderate

9 nanostrutture di carbonio Simulazioni quantistiche del moto elettronico (stato fondamentale, spettroscopie) Posizioni atomiche classiche (rilassamento, dinamica...) Interessanti fenomeni magnetici

10 Optical properties of a small peptide fragment of HIV-protease Different conformations 10 aminoacids 175 atoms 4 species 470 electrons Each state expanded on 200,000 g-vectors

11 236 (LUMO) 235 (HOMO) Charge transfer excitations

12 Cosa si impara? Metodi di studio e principi di base della materia condensata e fortemente correlata, sia disordinata, sia nello stato cristallino Fenomeni di auto-organizzazione Metodi di simulazione di sistemi complessi A chi interessano queste competenze? Fisica della materia condensata, biofisica, chimica fisica, nanoscienze, applicazioni fisiche e non fisiche della fisica statistica Sbocchi professionali: Attività di ricerca di base e applicata anche in ditte private p.es. ST Microelectronics, PirelliLabs Attività che richiedono simulazioni e modellizzazione di sistemi complessi

13 Percorsi didattici di Fisica dei Superfluidi, Liquidi e Materia Soffice e di Teoria dei Solidi e delle Nanostrutture 2 corsi obbligatori: Elettrodinamica Classica (per tutti) Struttura della Materia 2 (caratterizzante Fisica della Materia) Fisica Statistica 1 corso altamente raccomandato:

14 Percorso di superfluidi, liquidi e materia soffice Fluidi classici Corsi raccomandati: Fisica dei Liquidi e della Materia Soffice Corsi suggeriti: Teoria dei Sistemi a Molti Corpi 1 Biofisica o Biofisica Computazionale Fisica delle Proteine 1 Laboratorio di Ottica ed Applicazioni Fluidi quantistici Corsi suggeriti: Teoria dei Sistemi a Molti Corpi 1 / 2 Meccanica Quantistica Avanzata 1

15 Percorso di Teoria dei solidi e delle nanostrutture corsi raccomandati: Teoria dei Sistemi a Molti Corpi 1 Metodi Computazionali della Fisica Fisica dei Solidi 1 Fisica delle Superfici 1 corsi suggeriti: Laboratorio di Fisica della Materia 2 Caratterizzazione di Nanostrutture e Film Sottili Chimica Fisica A (9 CFU!) Chimica Teorica