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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
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”
Superfluidi, liquidi e materia soffice
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)
In genere:
stato liquido → alta temperatura → meccanica classica
Esempi di temi di ricerca: liquidi classici In che modo le interazioni tra le particelle determinano il diagramma di fase?
Fenomeni di auto-organizzazione rilevanti per proteine, colloidi, polimeri…
È possibile predire teoricamente quali strutture si formeranno in determinate condizioni?"
0.4
0.6
T *
1
1.8
2.6
T *
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4*
0.2
0.4
0.6
T *
liquid vapourfluid solid
za=1, zr=0.5, A=0.0976
za=3, zr=1.8, A=0.29
za=7, zr=4, A=0.4
0 2 4r/
1
0
1
2
v(r)/
0 0.5 13
0.75
1
1.25
k BT/
0 2 4r/
0
2
4
g(r)
Soluzione numerica di teorie fisico-statistiche dello stato liquido
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?
Possiamo avere superfluidità in un solido? La fase supersolida e la “metallurgia” quantistica Caratterizzazione delle proprietà di solidi quantistici in presenza di difetti
Top view �
Grain-boundary �
simulazioni Monte Carlo quantistiche
Attività teorico-computazionale su:
nanoattrito (simulazioni classiche) strutture ab-initio di solidi / superfici / clusters / nanostrutture risposta ottica di solidi vibrazioni molecolari
Teoria di Solidi, Superfici e Nanostrutture
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
OK per sistemi a bassa simmetria Generalità, trasferibilità Accesso a informazioni fisiche dettagliate Utile per progettare materiali con le proprietà desiderate
Ma:
Costo computazionale elevato Complessità dei codici
www.etsf.eu
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
10 aminoacids 175 atoms 4 species 470 electrons Each state expanded on 200,000 g-vectors
Different conformations
Cosa si impara?
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
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
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:
• 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
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