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La fisica quantistica per inventare

la materia del futuro

Con i supercalcolatori e i big data la ricerca nel mondo delle nanoscienze

loro realizzazione sperimentale ha poi confermato
Image: Claudia Cardoso emergenti: dai quantum dot come qbit per la com-
le previsioni e aperto la strada a nano-dispositivi

putazione quantistica o come marcatori in biome-
dicina, ai nanoribbon basati sul grafene (v. figura)
per la nano- e opto-elettronica, o agli strati mo-
noatomici la cui composizione ‘ottima’ è ricavata
analizzando in maniera automatica grandi moli di
dati. Abbiamo imparato come partire dai compor-
tamenti sulla scala dei nanometri –milionesimi di
millimetro— per controllare proprietà macrosco-
piche importanti come l’attrito e l’adesione tra
superfici, il colore e la lucentezza degli oggetti, o
le loro proprietà di conduzione elettrica o termica.
Per ottenere questi risultati collaboriamo allo svi-
luppo dei metodi e all’avanzamento di alcuni
tra i principali codici di calcolo open source,
Capire, prevedere, progettare le proprietà della ma- stadi della fotosintesi per inventare strategie favo- grazie a una stretta rete di interazioni scientifiche
teria a partire dalle leggi fondamentali della fisica revoli ad avviare il trasferimento coerente di carica che comprende innanzitutto a Modena –nel nostro
quantistica, e disegnare come usarle per ottenere negli organici. E abbiamo studiato come adottare stesso edificio— l’Istituto Nanoscienze del CNR e
materiali del futuro dotati di funzioni nuove. È strategie nanotecnologiche innovative: dalle na- lo European Centre of Excellence ‘MaX - Mate-
questo il punto di forza del laboratorio di fisica teo- nostrutture plasmoniche per raccogliere e concen- rials Design at the Exascale’, un centro finanziato
rica computazionale di Modena. Il laboratorio rac- trare la luce solare, alle interfacce o fili quantici dalla Unione Europea e coordinato dalla Prof.ssa
coglie diversi fisici del Dipartimento FIM - Paolo a semiconduttore per convertirla efficacemente in Elisa Molinari, a cui partecipano alcuni tra i princi-
Bordone, Rossella Brunetti, Mauro Ferrario, Anna corrente. Nel campo delle batterie, analizziamo per pali centri di ricerca accademici e industriali euro-
Franchini, Marco Gibertini, Guido Goldoni, Rita esempio approcci emergenti per il self-healing dei pei nel campo. Collaboriamo quotidianamente con
Magri, Elisa Molinari, Alice Ruini - che condivi- materiali alle interfacce, per prevenire le instabilità
dono la loro esperienza nel combinare equazioni di che oggi ne limitano il funzionamento. gli esperti di supercalcolo e big data al Cineca e in
base con algoritmi e supercalcolatori per affrontare EuroHPC. E da sempre lavoriamo a stretto con-
tatto con gruppi teorici, sperimentali e tecnologici
problemi e tecnologie di frontiera. Un approccio Allo stesso modo studiamo gli effetti della dimen-
che ci permette di studiare fenomeni radicalmen- sionalità dei materiali: progettiamo sistemi a due, su scala globale: solo così procedono i progetti di
te innovativi, perché non richiede dati empirici di una o zero dimensioni, dove gli elettroni interagi- ricerca, e possiamo offrire opportunità di visite e di
partenza e ha capacità predittiva anche per materia- scono in maniera completamente inedita e danno crescita agli studenti della laurea in Fisica e della
li che non siano mai stati prodotti prima. luogo a proprietà elettroniche, ottiche o magneti- laurea magistrale in Physics, e a quelli della Scuola
che nuove, o addirittura a nuovi stati della materia. di Dottorato in ‘Physics & Nanoscience’: Le loro
Con questo approccio guardiamo per esempio ai Questi stessi sistemi diventano per noi un labora- competenze e la loro capacità di risolvere i pro-
materiali per l’energia. Nel fotovoltaico, ci siamo torio per capire le correlazioni e le eccitazioni elet- blemi di frontiera sono oggi contese nei principali
ispirati ai meccanismi che governano i primissimi troniche, e gli effetti della topologia. Negli anni, la centri di ricerca e industrie in Italia e nel mondo.

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