Presentazione dei percorsi didattici di

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
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
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)
Esempi di temi di ricerca: liquidi classici
2.6
2
0
0
1
2
r/m
1.8
za=3, zr=1.8, A=0.29
T*
ï1
za=1, zr=0.5, A=0.0976
1
4
0
0.6
In che modo le interazioni tra
le particelle determinano il
diagramma di fase?
1.25
2
4
r/m
0.4
1
za=7, zr=4, A=0.4
0.6
0.75
T*
0
kBT/¡
v(r)/¡
2
T*
g(r)
4
0
0.5
lm
1
liquidïvapour
fluidïsolid
0.4
3
0.2
Soluzione numerica di teorie
fisico-statistiche dello stato liquido
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
*
l
Fenomeni di auto-organizzazione
rilevanti per proteine, colloidi,
polimeri…
È possibile predire teoricamente
quali strutture si formeranno in
determinate condizioni?"
Esempi di temi di ricerca: superfluidi
4He
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
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
‫‏‬
fisica computazionale dell'attrito
• Simulazioni classiche del moto atomico
• Attenzione ai meccanismi di dissipazione
• Interessanti fenomeni solitonici
Simulazioni ab-initio: zero parametri!
ingredienti N, Z
  Costo computazionale elevato
  Complessità dei codici
Ma:
www.etsf.eu
 OK per sistemi a bassa simmetria
 Generalità, trasferibilità
 Accesso a informazioni fisiche dettagliate
 Utile per progettare materiali con le proprietà desiderate
nanostrutture di carbonio
  Simulazioni quantistiche del
moto elettronico (stato
fondamentale, spettroscopie)
  Posizioni atomiche classiche
(rilassamento, dinamica...)
  Interessanti fenomeni magnetici
Optical properties of a small peptide
“83-92” fragment of HIV-protease
Different conformations
10 aminoacids
175 atoms
4 species
470 electrons
Each state expanded
on 200,000 g-vectors
236 (LUMO)
235 (HOMO)
238
231
…Charge transfer
excitations
225
244
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
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)
1 corso altamente raccomandato:
  Fisica Statistica
Percorso di superfluidi, liquidi e materia soffice
Fluidi classici
Corsi raccomandati:
Corsi suggeriti:
•  Fisica dei Liquidi e della Materia Soffice
•  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
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