UNIVERSITÀ di CAGLIARI Dipartimento di Fisica · 2017. 6. 16. · UNIVERSITÀ di CAGLIARI...

UNIVERSITÀdiCAGLIARIDipartimentodiFisica

DipartimentodiFisica-CittadellaUniversitaria,09042Monserrato(Ca)Telefono:0706754703,Fax:070510171,Email:[email protected]

PREVENTIVOSCIENTIFICOTRIENNIO2016-2018

del

DIPARTIMENTODIFISICA

ApprovatodalConsigliodelDipartimentodiFisica

indata10Marzo2016



Indice 1. PRESENTAZIONE GENERALE .................................................................................................................................... 3 2. SETTORI DI RICERCA DELLO "EUROPEAN RESEARCH COUNCIL" (ERC) ...................................................... 5 3. PREVENTIVI RICERCA ................................................................................................................................................ 9 Settore "Fisica delle Interazioni Fondamentali" ....................................................................................................... 9 Sotto-settore 02A1 "Fisica sperimentale delle Interazioni Fondamentali" ......................................................... 9 Sotto-settore 02A2 "Fisica teorica delle Interazioni Fondamentali" ................................................................. 15 Settore “Fisica della Materia” ................................................................................................................................. 26 Sotto-settore 02B1 "Fisica sperimentale della Materia" ................................................................................... 26 Sotto-settore 02B2 "Fisica teorica della Materia" ............................................................................................. 41 Sotto-settore 02B3 "Fisica Applicata" .............................................................................................................. 53 Settore "Astronomia, Astrofisica e Fisica della Terra e Pianeti" ............................................................................ 58 Sotto-settore 02C1 "Astronomia, Astrofisica e Fisica della terra e Pianeti" ..................................................... 58 Settore "Chimica Generale e Inorganica" ............................................................................................................... 62 Sotto-settore 03B1 "Fondamenti delle scienze chimiche e sistemi inorganici" ................................................ 62



1.PRESENTAZIONEGENERALE

Il Dipartimento di Fisica (DSF) dell'Università degli Studi di Cagliari (UniCa) rappresenta l'unicopresidiodiricercaaccademicaedialtaformazionenell'areadellescienzefisichepresenteinSardegna.Come tale, svolgerà un fondamentale ruolo culturale, di formazione, di ricerca e di promozione delterritorio.

IlDSFha,alladatadiredazionedelpresentepreventivo,unorganigrammadiricercaarticolatoin:7professoriordinari(PO)18professoriassociati(PA)10ricercatoriatempoindeterminato(RC-TI)5ricercatoriatempodeterminato(RC-TD)

Afferiscono,inoltre,allastrutturaunadecinadiAssegnistidiRicercaUniCa,unaventinadiDottorandieunadecinadispecializzandi.Il DSF svolgerà ricerche di punta (sia di base, sia applicate) di carattere sperimentale, teorico ecomputazionale nei settori della fisica delle interazioni fondamentali, della fisica della materiacondensata,dellafisicaapplicataedell'astrofisica.

Idettaglidellericerche,dellaretedellecollaborazioninazionaliedinternazionaliedeidiversiprogettiattivi sono presentati nelle schede riportate nel seguito.Tali schede sono raggruppate in paragrafisecondo le definizioni dei nuovi raggruppamenti concorsuali. All'interno di ciascun paragrafo, leschede sono ordinate per ordine alfabetico di responsabile scientifico. Le ricerche sono indicizzatesecondoloschemadiclassificazioneadottatodallo"EuropeanResearchCouncil"(ERC).

IlDSFcollaboreràconl'IstitutoNazionalediFisicaNucleare(INFN),l'IstitutoNazionalediAstrofisica(INAF), l'IstitutoOfficinadeiMateriali (IOM)e l'IstitutodiScienzedell'AtmosferaedelClima(ISAC)entrambi del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), ospitandone presso le proprie strutture lelocalisezioni.



2.SETTORIDIRICERCADELLO"EUROPEANRESEARCHCOUNCIL"(ERC)

Leattivitàdescritteinquestopreventivosonoclassificatesecondoloschemaadottatodallo"EuropeanResearchCouncil"(ERC)perladefinizionedeidiversisettoridiricerca.NelseguitosiriportalasinossideisolisettoriERCdiinteresseperilDSF.

PE2Fundamentalconstituentsofmatter:particle, nuclear, plasma, atomic, molecular, gas,andopticalphysicsPE2_1FundamentalinteractionsandfieldsPE2_2ParticlephysicsPE2_3NuclearphysicsPE2_4NuclearastrophysicsPE2_5GasandplasmaphysicsPE2_6ElectromagnetismPE2_7Atomic,molecularphysicsPE2_8OpticsandquantumopticsPE2_9LasersandlaserphysicsPE2_10AcousticsPE2_11RelativityPE2_12ClassicalphysicsPE2_13ThermodynamicsPE2_14Non-linearphysicsPE2_15Generalphysics

PE3Condensedmatterphysics:structure, electronic properties, fluids,nanosciencesPE3_1StructureofsolidsandliquidsPE3_2 Mechanical and acoustical properties ofcondensedmatterPE3_3ThermalpropertiesofcondensedmatterPE3_4TransportpropertiesofcondensedmatterPE3_5 Electronic properties of materials andtransportPE3_6LatticedynamicsPE3_7SemiconductorsPE3_8SuperconductivityPE3_9SuperfluidsPE3_10SpintronicsPE3_11MagnetismPE3_12 Nanophysics: nanoelectronics,nanophotonics,nanomagnetismPE2_16MetrologyandmeasurementPE3_13MesoscopicphysicsPE2_17Statisticalphysics(gases)PE3_14MolecularelectronicsPE3_15Softcondensedmatter(liquidcrystals...)PE3_16 Fluid dynamics (physics) PE3_17Statisticalphysics(condensedmatter)PE3_18Phasetransitions,phaseequilibriaPE3_19Biophysics



PE4PhysicalandAnalyticalChemicalsciences:analytical chemistry, chemical theory,physicalchemistry/chemicalphysicsPE4_1PhysicalchemistryPE4_2NanochemistryPE4_3 Spectroscopic and spectrometrictechniquesPE4_4MoleculararchitectureandStructurePE4_5SurfacesciencePE4_6AnalyticalchemistryPE4_7ChemicalphysicsPE4_8ChemicalinstrumentationPE4_9 Electrochemistry, electrodialysis,microfluidicsPE4_10CombinatorialchemistryPE4_11MethoddevelopmentinchemistryPE4_12CatalysisPE4_13PhysicalchemistryofbiologicalsystemsPE4_14 Chemical reactions: mechanisms,dynamics,kineticsandcatalyticreactionsPE4_15TheoreticalandcomputationalchemistryPE4_16RadiationchemistryPE4_17NuclearchemistryPE4_18Photochemistry

PE5MaterialsandSynthesis:materials synthesis, structure-propertiesrelations, functional and advanced materials,moleculararchitecture,organicchemistryPE5_1StructuralpropertiesofmaterialsPE5_2SolidstatematerialsPE5_3SurfacemodificationPE5_4ThinfilmsPE5_5CorrosionPE5_6PorousmaterialsPE5_7IonicliquidsPE5_8Newmaterials: oxides, alloys, composite,organic-inorganichybrid,superconductorsPE5_9MaterialsforsensorsPE5_10 Nanomaterials : nanoparticles,nanotubesPE5_11BiomaterialssynthesisPE5_12 Intelligent materials – self assembledmaterialsPE5_13EnvironmentchemistryPE5_14CoordinationchemistryPE5_15ColloidchemistryPE5_16BiologicalchemistryPE5_17ChemistryofcondensedmatterPE5_18 Homogeneous and heterogeneouscatalysisPE5_19CharacterizationmethodsofmaterialsPE5_20Macromolecularchemistry,PE5_21PolymerchemistryPE5_22SupramolecularchemistryPE5_23OrganicchemistryPE5_24Molecularchemistry



PE9Universesciences:astro-physics/chemistry/biology; solar system;stellar, galactic and extragalactic astronomy,planetary systems, cosmology; space science,instrumentationPE9_6StarsandstellarsystemsPE9_10Highenergyandparticlesastronomy–X-rays,cosmicrays,gammarays,neutrinosPE9_11RelativisticastrophysicsPE9_15SpaceSciencesSH2Institutions,values,beliefsandbehaviour:sociology,socialanthropology,politicalscience,law,communication,socialstudiesofscienceandtechnologySH2_14Historyofscienceandtechnology

LS2Genetics,Genomics,BioinformaticsandSystemsBiology:genetics,populationgenetics,moleculargenetics,genomics,transcriptomics,proteomics,metabolomics,bioinformatics,computationalbiology,biostatistics,biologicalmodellingandsimulation,systemsbiology,geneticepidemiologyLS2_11ComputationalbiologyLS7Diagnostictools,therapiesandpublichealth:aetiology,diagnosisandtreatmentofdisease,publichealth,epidemiology,pharmacology,clinicalmedicine,regenerativemedicine,medicalethicsLS7_2Diagnostictools(e.g.genetic,imaging)LS7_11Environmentandhealthrisksincludingradiation



PREVENTIVORICERCHEnel

Settore"FisicadelleInterazioniFondamentali"

Sotto-settore02A1"FisicasperimentaledelleInterazioniFondamentali"



1.TitolodellalineadiricercaProduzionee caratterizzazionedelplasmadiquarke gluoniprodotto in collisionidinucleiacceleratiaenergieultrarelativistiche2.Responsabili AlessandroDeFalco,GianlucaUsai3.PartecipantiProfessoriassociati GianlucaUsai,AlessandroDeFalcoAssegnistidiricerca FiorellaFionda,EsterCasula,ElisaIncaniCollaboratoridienticonvenzionati:INFN

AlbertoMasoni(DirettorediRicerca),CorradoCicalò(PrimoRicercatore)SabyasachiSiddhanta(Tecnologo)CarloPuggioni(borsista)DanieleMura(borsista)

4.SettoriRicercaERC(EuropeanResearchCouncil)

PE2_1 PE2_2 PE2_35.Parolechiave

HeavyIonCollisions QuarkGluonPlasma ALICELHC6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaIlgruppofapartedellacollaborazioneinternazionaleALICE,LHC,CERN.Inparticolarel’attivitàvienesvolta in collaborazione con gruppi del CERN, gruppi francesi (Saclay, Nantes, Strasburgo, Lione),Torino(INFN,Università),Padova(INFN,Università),Heidelberg.7.RiassuntoLa ricercadel gruppoè inseritanel programmadimisuredell’esperimentoALICEal LHCdelCERN.L’attività è incentrata nell’analisi dei dati della produzionedi coppie dimuoni e su unprogetto perrealizzareunnuovorivelatorediverticeapixeldisilicio.Ilgruppoèinoltreimpegnatonellostudiodiun nuovo spettrometro per misure della produzione di muoni a bassa energia al CERN-SPS e neltriennio2016-2018siprevedeunacontinuazioneedunosviluppodiquesteattività.8.InquadramentogeneraleNelle collisioni di ioni pesanti (Pb-Pb o Au-Au) ultra-relativistici un gran numero di nucleoniinteragisconodepositandograndiquantitàdienergia(dell’ordinediunGeVopiù)inunvolumemoltopiccolo(dell’ordinediunfm3).Ciòdàluogoallaformazionediunplasmadigluoniequarkdeconfinatidiproprietàsimiliaquellopresenteneiprimiistantidivitadell’Universo,circa3µsdopoilbigbang.Negli ultimi 20 anni le proprietà di questo plasma sono state studiate prima al CERN SPS esuccessivamentealcolliderRHICaBNL.Attualmentel’acceleratoreLHCacceleraionialleenergiepiùalte mai raggiunte (2.76 TeV/nucleone) e diversi esperimenti (ALICE, CMS e ATLAS) stannoeffettuandonumerosenuovemisure. 9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesi



Il gruppo di Cagliari da 15 anni partecipa ad esperimenti focalizzati sulla produzione di coppie dimuoni. Queste possono essere prodotte dal decadimento dimesoni leggeri come ρ(770),ω(780) eφ(1020)opiùpesanticome la J/ψ(3100), lecuiproprietàpossonoesseremodificate inmodoanchenotevole dal plasma in cui si trovano. La produzione di mesoni dotati di charm e beauty rivesteanch’essa un notevole interesse, poiché permette di studiare i meccanismi di produzione,propagazione e adronizzazione dei quark pesanti nel mezzo denso creato nelle collisioni tra ionipesanti.EsperimentoALICEL’esperimentoALICEèunacollaborazionealivellomondialechecoinvolgepiùdi80istitutidiricercaecircaunmigliaiodiricercatori.Nel triennio 2016-18 sono previste nuove prese dati con collisioni piombo-piomobo e protone-piombo.Le attività attualmente in corso legate al programma sperimentale approvato che coinvolgono ilgruppodiCagliarisono:

• Partecipazioneaiturnidipresadati• Sviluppo di infrastrutture informatiche basate sulla tecnologia GRID per l’analisi e

ricostruzionedeidati.• Studiodellaproduzionedidimuoniprodottiincollisionip-PbePb-Pbnellaregionedellebasse

masse(M<1.2GeV/c2)• Analisidieventiprotone-protoneadaltamolteplicità• ControlloemanutenzionedeirivelatoriMuonArmeCalorimetroaZeroGradiZDC

Oltreatuttequesteattivitàriguardantiilprogrammasperimentaleattualmenteincorso,ilgruppodiCagliari è attivamente impegnatoanchenella realizzazionediunnuovo rivelatoredi vertice apixel.Questorivelatoreconsentiràmisuredimaggioreprecisionedellaproduzionedimesoniebarioniconcharmebeauty.IlgruppodiCagliariècoinvoltonelleseguentiattività:

• SviluppoecaratterizzazionedinuovirivelatoriapixelResponsabilitàall’internodell’esperimento:

• Membrodell’editorialboarddell’esperimento(G.Usai)• Responsabile del PhysicsAnalysisWorking groupper l’analisi della produzione di coppie di

muonidibassamassa(A.DeFalco)G.UsaièPIdelprogettoregionale“StudyofmonolithicpixelsensorsformeasurementsinhighenergynuclearcollisionsattheCERNLHC”A. De Falco e’ inoltre responsabile di unità locale del progetto PRIN “Sviluppo di tecnologie perl’ottimizzazionedell’accessoaidatidiLHC,trasferibiliadaltridominiscientifici,mediantel'approcciogridedelcloudcomputing”EsperimentoNA60L’esperimentoNA60pressoilCERNSPS(direttodaG.Usai)èconclusomal’analisideidatiprotone-nucleoa450GeVèancoraincorso.Siprevededisottomettereduelavorinel2016/17.E’attualmente in fasediunnuovospettrometropermuoniperstudiare ilripristinodellasimmetriachiraleelatransizionedifasedelprimoordineneldiagrammadifasedellamateriaadronica.E’statosottomessounnuovoprogettoPRINcontinuazionedelprecedente(2011-13)dicuiG.UsaièstatoPI.Lapropostaèattualmenteinfasediscussionenellacomunità italiananell’ambitodell’iniziativaINFN“WhatNext”.



1.Titolodellalineadiricerca Fisica dei quark e dei leptoni: Flavours pesanti in LHCb. Rivelatori innovativi per la possibile rivelazione di assioni. 2. Responsabili Biagio Saitta 3. Partecipanti

Professori ordinari Biagio Saitta Professori associati Ricercatori Rudolf Oldeman Assegnisti Dottorandi Violetta Cogoni, Claudia Vacca

4. Settori Ricerca ERC (European Research Council)

PE2_1 PE2_2

5. Parole chiave Fisica del flavour LHC Assioni

6. Collaborazioni nazionali o internazionali su questa specifica ricerca - W. Bonivento, S. Cadeddu, A. Cardini e A. Lai, ricercatori della locale Sezione dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e M. Fontana assegnista di ricerca, sono parte integrante del gruppo operando nell’ambito della Convenzione fra l’Università di Cagliari e l’INFN.- Per l’esperimento LHCb: CERN e circa 50 fra Università e Centri di Ricerca da 14 nazioni (Europa, Brasile, Cina, USA). Per lo sviluppo di rivelatori (responsabile A. Lai): Universita’ e Sezioni INFN di Padova, Pisa, Ferrara, Napoli. 7. Riassunto Nei prossimi tre anni, utilizzando i dati raccolti dall’esperimento LHCb al CERN negli anni 2011-2012 arricchiti da nuovi dati all’energia nel centro di massa piu’ alta mai raggiunta ad un acceleratore, il gruppo sarà impegnato in una serie di attività legate alla fisica dei “sapori” pesanti ed in particolare alla studio del “charm” e di decadimenti rari di mesoni B. Il gruppo sara’ inoltre parte attiva nella fase cosiddetta di “upgrade” dell’esperimento LHCb, in particolare per cio’ che riguarda il rivelatore di muoni, traendo vantaggio della notevole esperienza di alcuni suoi componenti nello sviluppo di rivelatori e nell’elettronica. Si prevede anche lo sviluppo di rivelatori innovativi a fibre scintillanti nell’ambito del progetto INFN denominato “Axioma”. 8. Inquadramento generale



La fisica cosiddetta del “flavour” (sapore) è alla base di alcune questioni importanti nel campo della fisica delle particelle e della cosmologia: Qual è l’origine della asimmetria fra la materia e l’antimateria nell’Universo? Qual è la soluzione del problema della “gerarchia”, ossia di quel meccanismo attraverso cui le correzioni quantistiche alla massa del bosone di Higgs richiedono un aggiustamento estremamente accurato per separarla dalla tipica scala di Planck? Con l’osservazione del Bosone di Higgs, è stato completato il quadro delle particelle previste nell’ambito del Modello Standard ma, ad oggi, con pochissime eccezioni (una delle quali è il fenomeno delle oscillazioni di neutrino), non si ha evidenza di processi non spiegabili nell’ambito di questo modello e che quindi richiederebbero l’esistenza di cio’ che viene denominato nuova fisica. Oltre alla osservazione in seguito a produzione diretta di nuove particelle predette da modelli teorici che vanno oltre il modello standard e tuttora possibile alle nuove energie raggiunte nelle collisioni protone-protone all’acceleratore LHC, segnali di nuova fisica possono essere ottenuti indirettamente attraverso lo studio di decadimenti di mesoni o barioni contenenti quark pesanti che siano rari (o proibiti) nel Modello Standard. Questi decadimenti, se mediati da nuove particelle, avverrebbero ad un tasso maggiore di quanto atteso nel modello standard.La produzione di particelle contenenti quark pesanti (b e c) nell’esperimento LHCb è adesso ordini di grandezza maggiore di quanto non sia stato accumulato in passato a qualunque macchina acceleratrice e con il campione arricchito con una quantita’ ancora maggiore di nuovi dati ad energia piu’ elevata sarà possibile effettuare misure di precisione senza precedenti e rivelare la presenza di anomalie in decadimenti estremamente rari. Una piccola deviazione dalle predizioni del Modello Standard e’ stata riscontrata in una osservabile legata alla distribuzione angolare nei prodotti del decadimento B→K*µµ. Inoltre il rapporto fra questo decadimento e l’equivalente B→K*e e sembra essere diverso dall’unita’ suggerendo violazioni della universalita’ leptonica. L’assione e’ una particella postulata per risolvere il problema della violazione della simmetria CP nella Cromodinamica Quantistica. Esso potrebbe essere uno dei componenti della materia oscura (fredda). Tuttavia esso non e’ mai stato osservato. Ci si propone di sviluppare, su una scala temporale di qualche anno, rivelatori in grado di osservare segnali della interazione di queste particelle. 9. Descrizione della ricerca, tempistica e risultati attesi Analisi nell’ambito dell’esperimento LHCb. Il nuovo campione di dati registrato nel 2015-2017 sarà utilizzato per aggiornare e migliorare misure già fatte e per intraprendere nuove analisi. In particolare ci si attende di:

• Aggiornare la misura del rapporto fra le frazioni di decadimento B→K*µµ e B→K*e e.• Aggiornare la misura della frazione assoluta del decadimento Λc→p K π usando il metodo

sviluppato a questo scopo. • Misurare per la prima volta il rapporto relativo di decadimento

B→ p π π Σc(2520) e, nell’ipotesi che alcune condizioni sulla polarizzazione siano soddisfatte, misurare lo spin della Σc(2520).

• analizzare il decadimento del mesone D neutro in due muoni e in due muoni + due pioni, traendo vantaggio della capacità del rivelatore di identificare muoni, con lo scopo di ottenere il miglior limite al mondo per questi decadimenti.

• Migliorare gli algoritmi di identificazione dei muoni.



Upgrade di LHCb – Parziali modifiche e sostituzioni dei rivelatori dell’esperimento LHCb sono previste per la fase di presa dati del 2019, nella quale ci si aspetta di acquisire ad una frequenza di 40 MHz invece dell’attuale 1MHz. Il gruppo sarà coinvolto nelle modifiche necessarie al sistema di rivelazione dei muoni che richiede cambiamenti nella elettronica usata per la lettura. Un certo numero di componenti il gruppo ricopre ruoli di riconosciuta responsabilità all’interno della collaborazione internazionale assicurarando il raggiungimento di questi obiettivi.




Settore"FisicadelleInterazioniFondamentali"

Sotto-settore02A2"FisicateoricadelleInterazioniFondamentali"



1.TitolodellalineadiricercaBlackholesandthegravity/gaugetheorycorrespondence2.ResponsabiliMARIANOCADONI3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati MARIANOCADONIRicercatori Assegnisti Dottorandi EDGARDO FRANZIN, MATTEO TUVERI,

PARULJAIN


PE2_1Fundamentalinteractionsandfields

PE2_11Relativity

5.Parolechiave

Buchineri

Corrispondenzagravità/teoriedigauge

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaS.Mignemi,Dip.Matematica,UniversitàdiCagliari,V.CardosoIST,Lisbona,P.OllaCNR 7.RiassuntoIntendiamousarelacorrispondenzagravità/teoriedigaugeperstudiarediversiproblemiattualidellafisicateoricadellealteenergie.

1. Descrizioneolograficadeisistemicritici2. CorrispondenzaDomainwall/soluzionicosmologiche3. Entropiamicroscopicadibuchineriedaltrioggettiestesi4. Entropiadientanglementdeibuchineri5. Rapportoviscositàentropiainteoriedicampocondualigravitazionali

8.InquadramentogeneraleNeilimitidiNgrandelacongetturatacorrispondenzatrateoriedellestringheinAdS/teoriedigaugesiriduceadunacorrispondenzatragravitàdiAnti-deSitter(AdS)nelbulkeunateoriadicamponelbordo(corrispondenzagravità/teoriedigauge).Inquestaformaladualitàèunpotentestrumento



daduediversipuntidivista. Infattida unalto consentedidescrivere teoriedi campo fortementeaccoppiatesemplicementestudiandounateoriadellagravitàclassica.Dall’altroconsentediottenereinformazioni sul regimesemiclassico di sistemigravitazionalimolto interessanti come ibuchinerisemplicementestudiandolateoriadicampoduale.Nonacasonegliultimianniquestacorrispondenzaè statausata perdescrivereolograficamente unavarietàdisistemichevannodaisuperconduttori,trasportodicaricaneimetalli, sistemicritici, proprietànonperturbativedellaQCDe laderivazionedell’entropia microscopica e di entanglement dei buchi neri. Sicuramente metodi olografici sonoattualmentetraimetodipiùpromettentiperrisolverediversiproblemidellafisicateoricadellealteenergie.

9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiL’attività di ricerca nei prossimi tre anni sarà focalizzata su diverse tematiche, problemi edapplicazionidellacorrispondenzagravità/teoriedigauge.Segueunabrevedescrizionedelleattivitàdiricercapreviste.DescrizioneolograficadeisistemicriticiÈstatodimostratochel’Hyperscalingviolationèunaproprietàolograficamoltogeneralediun’ampiaclassediteoriedellagravitàdiEinstein-Maxwellaccoppiatainvarimodiaduncamposcalarechesihaquando il potenziale si comporta in modo esponenziale. Il nostro scopo è quello di dare unadescrizioneolograficageneraledell’l’Hyperscalingviolationneisistemicritici.Questosaràrealizzatolavorando sia sul versante gravitazionale (per esempio derivando soluzioni esatte analitiche onumeriche) sia sul versante delle teoria di campo ( per esempio calcolando esponenti critici eproprietàditrasportocomelaconduttivitàedilrapportotraviscositàedentropia)delladualità.CorrispondenzaDomainwall/soluzionicosmologicheUnaproprietàmoltointeressantediun’ampiaclassedimodellidellagravitàdiEinsteinaccoppiataconuncamposcalare,cheabbiamostudiatorecentemente,èl’esistenzadisoluzionidiDomainwallchedescrivonosolitoni cheinterpolanotraspazidiAdS edunametricascale-covariant.D’altraparte lacorrispondenzaDW/soluzionicosmologiche implicachequestesoluzionidovrebberoaveredeidualiche sono soluzioni dipendenti dal tempo e che potrebbero essere importanti per applicazionicosmologiche(peresempioinflazioneeilproblemadell’energiaoscura).Ilnostroscopoprincipaleèquellodiderivarequestesoluzionicosmologicheedistudiarneleproprietà.EntropiamicroscopicadibuchineriedaltrioggettiestesiQuestalineadiricercaprevedediusarelacorrispondenzagravità/teoriedigaugeperilcalcolosiadell’entropiastatisticachedell’entropiadientanglementdibuchineriedaltrioggettiestesi.Anchesenegli ultimi anni sono stati fattimolti progressi in questa direzione ci sono ancoramolti problemiaperti. Inparticolareunodeinostri scopièquellodiavereunacomprensione più dettagliatadella



relazione che esiste tra i tre tipidi entropiadiunbuconero: termodinamica, statistica(Boltzmann),entanglement(VonNeumann)).



1.Titolodellalineadiricerca Struttura3-dimensionaledelnucleoneeasimmetriedispinsingolotrasverso2.Responsabile UmbertoD'Alesio3.Partecipanti

Professoriassociati UmbertoD'Alesio

4.SettoriRicercaERC(EuropeanResearchCouncil)PE2_1 PE2_2

5.ParolechiaveStrutturadelnucleone Motointrinsecodeipartoni Quarkegluoni(QCD)

6.Collaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricerca F.Murgia(INFN-CA),M.Anselmino,M.Boglione(Univ.Torino),A.Prokudin(PennStateUniv,USA),E.Leader(ImperialCollege,UK),I.Scimemi(Univ.Complutense,Madrid,Spagna),C. Pisano (Univ. Pavia), M. Echevarria (NIKHEF, Amsterdam), gruppi sperimentali (PAX,COMPASS,HERMES,JLAB,STAR,PHENIX,BELLE,BABAR)7.Riassunto - Estrazione (update) di distribuzioni dipendenti da impulso trasverso (TMD) da datisperimentaliinprocessidiSIDISede+e-,conevoluzioneinQ2ecorrezionicinematiche; -Stimediasimmetriedispinsingolo(SSA)inprocessidiDrell-Yanediproduzioneinclusivadibosonicarichi -SSAinlp→πXeruolodelloscambiodifotonequasireale -RuolodelleTMDinSSAperlaproduzioneinclusivadiunsingoloadroneodiunadroneinunjetinurtiprotone-protone; -EffettididipendenzadaiprocessienonuniversalitàdelleTMD8.InquadramentogeneraleLacomprensionedellastrutturatridimensionaledelnucleonerappresental’obiettivoultimodimoltiprogrammi sperimentali in corso e futuri così comedi diverse attività teoriche in fisica adronica. Iprocessi fisici considerati sono essenzialmente la diffusione di leptoni ad alte energie su protoni eneutronielecollisioniinelastichetraadroni.LoschemateoricoincuisonostudiatièlaQCD.Lesezionid’urtosonodate,secondoiteoremidifattorizzazione,comeconvoluzionidelleinterazionipartonicheelementari(calcolabiliperturbativamentenelModelloStandard),condistribuzionipartoniche(PDF)efunzionidi frammentazione (FF).Queste sonoquantità incognite,ma la loroevoluzione con la scaladura dei processi, Q, può essere calcolata in QCD perturbativa. Informazioni indipendenti sulle FFpossono essere ottenute da altri processi come l’annichilazione di elettroni e positroni in coppie diadroni.Permoltotempo,lePDFeleFFsonostateconsideratecomeprocessicollineariinclusivi(nonperturbativi), corrispondentiaunarappresentazioneunidimensionaledelnucleone.Recentementeèdivenuto chiaro che per comprendere molti dati sperimentali, in particolar modo quelli checoinvolgonogradidiliberàdispin,ènecessariotenercontoanchedeigradidilibertàtrasversi,ecioè



del moto intrinseco di quark e gluoni all’interno del nucleone. Questo apre il via allo studio dellastrutturatridimensionaledelnucleone.L’informazionetridimensionalecompletadelledistribuzionipartonicheècodificatanelledistribuzionipartonichedipendentidalmomentotrasverso(TMD-PDF).Nelleosservabilisperimentaliquestesonospessoconvoluteconlefunzionidiframmentazionedipendentidalmomentotrasverso(TMD-FF).Unaconoscenzacompletadelledistribuzionipartonichedeveancheincluderelelorodipendenzedallospinpartonico, legato a correlazioni di spin-orbita delle interazioni forti. All’ordine dominante in 1/Q cisono8TMD-PDFe,peradronidispinzero,2TMD-FF.Negli ultimi10-15anni lemisuredi asimmetrie azimutali nei processi SIDIS (l p→ l’ hX) ottenutedalle Collaborazioni sperimentali di HERMES, COMPASS e JLaB, insieme alle analisi teoriche, hannodefinitivamenterivelatoilruolodelleTMDepermessoleprimeestrazionidialcunediesse.RisultatirecentidalleCollaborazioniBelleeBaBarneiprocessie+e-→h1h2X,hannomostratoilruolodelleTMD-FF.Dati importantisonoattesiperiprocessidiDrell-YanincorsodistudioaCOMPASSeRHIC. Grandi attese sono poi legate alla realizzazione del futuro Electron Ion Collider negli USA edell’esperimentoAFTERalCERN.LeproprietàdelleTMDinQCD,ed inparticolare la loroevoluzioneconQ2, sonostaterecentementeformulate in modo sistematico, anche se le attuali analisi fenomenologiche sono controverse erichiedono quindi ulteriori sviluppi. Siamo quindi in un periodo importante di transizione da unaprimafasechehastabilito l’evidenzasperimentalee ilcontestoteoricodelleTMD,versouna fasediprecisionedell’esplorazionedellastrutturatridimensionaledelnucleone.9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiDelle8TMDindipendentialtwistdominate,oltrealle3chesopravvivononellimitecollineare,lepiùinvestigate sono le funzioni di Sivers e di Boer-Mulders, che danno, rispettivamente, il numero dipartoninonpolarizzati(trasversalmentepolarizzati) inunprotonetrasversalmentepolarizzato(nonpolarizzato).Similicorrelazioniesistononelprocessodiframmentazione:inparticolare,lafunzionediCollinsdàilnumerodiadroninonpolarizzaticreatinell'adronizzazionediunquarktrasversalmentepolarizzato.Recentisviluppi teoricisull’evoluzione inQCDdelleTMDpermetterannodimigliorare le loroattualiestrazionimediantel'analisididatiperprocessididiffusioneprofondamenteanelasticasemi-inclusivi(SIDIS) edi annichilazionee+e-. Saràquindi sviluppataun'estesaproceduradi fit, con lo sviluppodicodicinumericidedicatiallenuoveeaggiornateestrazionidellefunzionidiSiversediCollins[12-15mesi].Strettamente legato a questo obiettivo, saranno inoltre calcolate stime per le asimmetrie di spinsingolo(SSA)inprocessidiDrell-YaneinproduzioneinclusivadibosoniW.Queste,confrontateconiprossimi dati dagli esperimenti a COMPASS e a RHIC, permetteranno un importante, e ancoramancante,testdell’attesocambiodisegnodellafunzionediSiversinprocessidiDrell-YanrispettoalSIDIS.[6-8mesi]Semprenell’ambitodiunamaggiorecomprensionedelleTMDedinparticolaredellalorocomponentenonperturbativa,verràsviluppatoulteriormentelostudiodeglispettriinqTneiprocessidiDrell-Yannonpolarizzato.[6-9mesi]NumeroseSSAsonostateosservate,damoltotempoeaenergiediverse,inprocessiadroniciinclusivi,come pp → πX, con il pione prodotto con un grande impulso trasverso. Una loro descrizionefenomenologica, basata sulla generalizzazione della fattorizzazione collineare al caso delle TMD, è



statasviluppataeapplicataconsuccesso.LaquestioneselestessefunzionidiSiverseCollins,estrattedadatiinprocessipercuivalelafattorizzazione(comeilSIDIS),possanoono,equanto,contribuirealle SSA osservate in collisioni pp è tuttora aperta e sarà oggetto di studio e ulterioreapprofondimento.[6-9mesi]Proseguiràl'analisidelledistribuzioneazimutaledipionineijetprodottidijetagrandipTincollisionipp, con particolare attenzione ai nuovi risultati sperimentali da RHIC, per avere un’altra fonte diinformazionesullatrasversitàetestareallostessotempol’universalitàdelleTMD.[6-9mesi]SistudieràinoltreilruolodelloscambiodifotonequasirealenelleSSAinlp->πX(6mesi),cosìcomepossibili origini di non universalità delle TMD, includendo interazioni di stato iniziale e finale neiprocessiadronicidiproduzioneinclusivadipioni,jet,fotoniestatilegatidelcharm(12-15mesi).



1.TitolodellalineadiricercaDinamicadellestringheinspazitempocurvieadaltaenergia2.ResponsabiliGiuseppeD’Appollonio3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati Ricercatori Assegnisti Dottorandi


PE2_1 PE2_2

5.ParolechiaveSuperstringheeD-brane Corrispondenzaolografica Campidispinelevato

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaPaoloDiVecchia,Nordita(Stoccolma)eNielsBohrInstitute(Copenhagen)RodolfoRusso,QueenMaryUniversityLondon(London)GabrieleVeneziano,Cern(Geneva)eCollegedeFrance(Paris)7.RiassuntoScopodiquestaricercaècapirecomeil limiteclassicodelleinterazionigravitazionali,descrittodallacurvatura dello spaziotempo, emerga dalle ampiezze di stringa e in che modo la dinamica dellestringhemodifichilagravitàclassicaquandoquestadivieneinapplicabile(inprossimitàadesempiodiunasingolaritàspaziotemporalecomequellecosmologiche)oquandoesisteunatensionetraiprincipidellameccanicaquantisticaeladescrizionegeometricadellospaziotempo(adesempioinpresenzadiunorizzontedeglieventi).8.InquadramentogeneraleLateoriadellestringherappresentaunodegliapproccipiùpromettentiperottenereunadescrizionequantomeccanicadelleinterazionigravitazionali.Lospettrodellateoriaincludeunaparticellaconmassanullaespindue,identificabileconilgravitone,insiemeadunnumeroinfinitodiparticellemassiveconspinelevato.Laserieperturbativadellateoria,un’espansioneinsuperficidiRiemanndigenerecrescente,permettedidefinireunamatricedidiffusioneunitaria.Ilcostanteprogressofattonelcorsodeglianninellostudiodellateoriahaportatoacapireconsempremaggiorprecisionequalicaratteristicheessenzialiunateoriaquantisticadellagravitàdovrebbepossedere.Lascopertaforse



piùprofondaèladualitàolograficatraladinamicadellateoriadellestringheinunospaziotempocurvoeladinamicadiunateoriadicampoquantisticasulbordodiquellospaziotempo.

9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiLa nostra ricerca mira a chiarire come la teoria delle stringhe modifichi la descrizione geometricaclassica dello spaziotempo quando questa o non è applicabile o porta a risultati inconsistenti con iprincipidellameccanicaquantistica.IlmetodosceltoèquellodistudiareprocessidialtaenergianellospaziotempopiattoconcentrandosiinparticolaresullacollisionediduestringhechiusemoltoenergeticheosullacollisionediunastringachiusaconungruppodiD-brane.Inquestomodosihaunpuntodipartenzabendefinito:lamatriceSche assicura, in linea di principio, l’unitarietà del processo. Anche se lo spaziotempo è inizialmentepiatto, la curvatura viene indotta dinamicamente dalla grande energia che rende dominantel’interazionegravitazionaletrastringaestringaetrastringaebrana.L’alta energia rende necessario risommare i contributi dell’intera serie perturbativa per ottenererisultaticonsistenti.ComemostratodaAmati,CiafalonieVenezianoperlecollisionistringa-stringalarisommazionedei terminidominanti in energiadà comematrice Sunoperatore iconale. Quando ilraggio di curvatura dello spaziotempo effettivo è piccolo rispetto alla lunghezza di stringa, questooperatoredàunadescrizioneaccuratadelladinamicaperognivaloredelparametrodi impatto.Nelcasooppostol’iconaledescrivesoloillimitedigrandiparametridiimpatto.Lostudiodicollisionicheportino alla formazione di un buco nero rimane quindi un problema aperto e complesso, in quantorichiedediestrarredalleampiezzedistringatuttaunaseriedicontributisottodominantiinenergia.Negli ultimi anni la mia ricerca è stata incentrata sul sistema stringa-brana. Questo sistema è unlaboratorioeccellenteperstudiarel’emergerediunageometriaeffettivainteoriadellestringhedatoche le D-brane possiedono sia una descrizionemicroscopica in termini di stringhe aperte, valida adeboleaccoppiamento,siaunadescrizionegeometricainterminidispazitempocurvidettibranenereestreme, valida a forte accoppiamento. Abbiamomostrato come dalle ampiezza di stringa si possaricostruire la metrica esterna all’ordine dominante e sottodominante ed analizzato in dettaglio ilprimo effetto che segnala una deviazione dalla gravità classica, l’eccitazione deimodimassivi dellastringaindottadalleforzedimarea.Ipassisuccessividiquestoprogrammadiricercasonolostudiodell’assorbimentodellastringachiusadapartedelleD-brane[18mesi]el’analisideglieffettidelleforzedimareaall’ordinesottodominante[18mesi].Perquantoriguardailprimopuntovogliamoidentificarealivelloquantisticoesemiclassicolo stato di stringa aperta creato sulla brana, dapprima ad albero e poi tenendo conto dellaframmentazione indotta dagli ordini successivi della serie perturbativa. Una volta ottenuto questorisultato dovrebbe essere possibile costruire una matrice S unitaria che, in un’approssimazione dirisonanze strette, tenga conto simultaneamente della diffusione elastica, delle forze di marea e delprocessodiassorbimento.VorremmoinoltreverificareseilsistemadiD-braneeccitatorappresentaladescrizionemicroscopicadellemetrichedibrananeraquasiestrema.Perquantoriguardailsecondopunto vogliamo stabilire se l’accordo tra ampiezze di stringa e metrica esterna persiste o menoall’ordine sottodominante e ideare dei metodi che permettano di descrivere in modo quantitativol’ampiezzaapiccoliparametridiimpatto.



1.TitolodellalineadiricercaFisicaastroparticellare:MateriaoscuraeWIMP,direzionalitàdelsegnaleinDarkSide,

2.Responsabile AlbertoDevoto3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati AlbertoDevotoRicercatoriTIeTD Assegnistidiricerca Dottorandi MatteoCadeddu,Mauro

Caravati

4.SettoriRicercaERC(EuropeanReserachCouncil)PE2_2 PE2_4

5.ParolechiaveMateriaOscura Direzionalitá

6.Collaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricerca M.Lissia,M.Razeti,ricercatoripressolasezionediCagliaridell’IstitutoNazionalediFisicaNucleare(INFN)sullabasedell’accordotral’INFNel’UniversitàdiCagliarisonoparteintegrantedelgruppo. Partecipanoall’esperimentoDarkSidechesisvolgepressoiLaboratoriNazionalidelGranSassoricercatoriprovenientida10Paesi(Europa,Brasile,Cina,StatiUnitid’America).7.Riassunto Neiprossimi3annicontinueràlapresadaticonilrivelatoreattualmenteinuso(denominatoDarkSide-50)elaloroanalisi.Contemporaneamente,sullabasedelleesperienzeacquisiteverràdatoinizioallaprogettazioneerealizzazionediunrivelatoredidimensionimoltomaggiori–denominatoDarkSide-20K.8.Inquadramentogenerale L’esistenzadellamateriaoscurapropostaneglianni30,èaccettatacomel’unicapossibilespiegazionedimoltifenomeniastrofisiciecosmologici.Lacomunitàscientificaritienechecirca85%dellamateriapresentenell’universoèdiuntipochenonemetteoassorbeondeelettromagnetiche:lamateriaoscura.LamaggioranzadeifisiciritienecheessasiacostituitadaWIMP(weaklyinteractingmassiveparticles)dinaturasconosciuta.Sononumerosigliesperimentiche,utilizzandodiversetecnologie,cercanodiosservaretaliparticelle.DarkSideètragliesperimentichevoglionoosservarladirettamentetramitelecollisionidegliWIMPconinucleidelrivelatore.Sonopertantonecessariela



massimapurezzadelmaterialeusatoperlarealizzazionedelrivelatoreel’assenzadiqualsiasipossibilefonte“rumore”(qualidebolissimetraccediradioattività).InconsiderazionedelfattochegliWIMPhannounapiccolaprobabilitàdiinteragire,ènecessarioutilizzarerivelatoridigrandidimensioni.IrisultatifinoraottenutidaDarkSide-50indicanocheunrivelatoredimaggioridimensioni–qualeDarkSide20K-potrebbefornireimportanticontributiinquestosettore.9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiL’obiettivodellaricercaimponelamassimapurezzaesensibilita’sianelmaterialeusatonellacostruzionedell’infrastrutturadelrivelatoreesoprattuttonelmaterialeutilizzatonellasuapartesensibile.DarkSide50hagia’mostrato,nelcorsodel2015,cheletecnichesviluppatedallacollaborazioneperl’eliminazionedall’Argondell’isotopo39,neriduconodrasticamenteilcontenutoeconseguentementeabbassanonotevolmenteil“rumoredifondo”daessoprodotto. Ilprogettoprevedeunafaseinizialenellaqualeverrannorealizzatisiailgrandecontenitoredelrivelatore,siaifotomoltiplicatoriingradodirivelareisegnaliluminosiprodottinellecollisioniall’internodelrivelatore. Nell’arcodeltriennio2016-2018lacollaborazione,edinparticolareilgruppodiCagliari,partecipera’allarealizzazionedell’impiantonecessarioperprodurrel’Argonprivodell’isotopo39.Sitrattadellacostruzionediunatorredidistillazionedioltre300metridialtezzachesara’realizzatoinSardegna.Lapurificazionedell’Argonsiprevedeiniziera’nellaprimameta’del2017.IncollaborazioneconilDipartimentodiIngegneriaMeccanica,ChimicaedeiMaterialidell’Universita’diCagliariverra’studiatal’efficaciadelprocessodipurificazioneesiaspettanoiprimirisultatisullaqualita’dell’argonnelcorsodel2018. Ilgruppolocalesioccupera’anchedellostudioteoricoe-successivamentesperimentale-delladirezionalita’delleparticelleWIMP.




Settore“FisicadellaMateria”

Sotto-settore02B1"FisicasperimentaledellaMateria"



1.TitolodellalineadiricercaNanomateiraliperlafotonicael’energiasostenibile2.ResponsabiliG.Bongiovanni,A.Mura,F.Quochi,M.Saba3.Partecipanti

Professoriordinari G.BongiovanniProfessoriassociati A.Mura,F.Quochi,M.SabaRicercatori Assegnisti D.MarongiuDottorandi X.Chang,V.Sarritzu,N.Sestu


PE3_12 PE4_3 PE5_4

5.ParolechiaveNanomateriali Fotonica Energiasostenibile

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaC.Simbrunner,H.Sitter,W.Heiss, InstituteofSemiconductorandSolidStatePhysics, JohannesKeplerUniversity Linz (A); N.S.Sariciftci, Linz Institute for Organic Solar Cells (LIOS) Physical ChemistryJohannes Kepler University Linz(A); H.-G.Rubahn, Mads Clausen Institute, South Danish UniversitySonderborg (DK); M.A.Loi, Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen,Groningen, (NED); H. Yanagi, Nara Institute of Science and Technology (NAIST), Nara (JP);M.V.Kovalenko,D.V.Talapin,DepartmentofChemistry,UniversityofChicago,Chicago,USA;A.Mattoni,Istituto Officina dei Materiali del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IOM) Unità SLACS,Monserrato, (IT); C.Cannas, A.Corrias, F.Casula, P.Deplano, M.L.Mercuri, A.Musinu, A.Serpe,DipartimentodiScienzeChimicheeGeologiche,Monserrato(IT).7.RiassuntoSviluppiamomaterialiinnovativiperl’energiasostenibileelafotonica.Laricercaconsisterànellaprogettazioneelostudiofotofisicodeiseguentimateriali:(i)perovskitiibridemetal-organichepercellesolari,LEDelaser;(ii)nanolaserbasatisumaterialiorganiciconl’apportodiplasmonidisuperficie;(iii)complessidilantanidiperl’emissionediluceinfrarossaedistruttureporosemetal-organicheconcompostiluminescentialfinedirealizzaresensoridimolecole.

8.InquadramentogeneraleInanomaterialiedisemiconduttorimolecolarisonomaterialiabassocostoefacilidarealizzare,lecuiproprietàelettronicheedottichedipendonodalladimensione.Traleapplicazionidimaggiorspiccoeprinanomaterialisonol’energia,l’illuminazione,informazionequantistica,nanofotonicaelabiologia.



9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiLe perovskiti ibride di alogeni sono semiconduttori innovativi che combinano i pregi dei materialiorganici,qualilapreparazionesempliceedibassocosto,conquellipossedutidaicompostiinorganici,come la robustezza ed il trasporto ambipolare ad altamobilità. Prevediamo l’utilizzo di tecniche dispettroscopia ultraveloce come assorbimento transiente e fotoluminescenza risolta in tempo,impiegando impulsi laser di varia durata e ripetizione, per studiare i fenomeni optoelettronici nelleperovskiti. Il risultato scientifico sarà la conoscenza dei parametri del materiale che controllano iltempo di vita degli stati eccitati ed i canali di ricombinazione parassita, allo scopo di migliorarel’efficienzadiemissionedellaluceequelladifotoconversione.Studieremocomematerialipernanolaser le fibreepitassiali eterostrutturatecompostedaoligomeriorganici. Il nostro obiettivo sarà l’azione laser a bassa soglia e con un volume attivo inferiore alladimensione della lunghezza d’onda ottica. Tale regime sarà esplorato attraverso l’accoppiamentodell’emissione ottica con plasmoni di superficie; cercheremo di dimostrare l’effetto Purcell, cioè ladiminuzionedeltempodivitaradiativoperglioligomerichestianoadistanzananometricadastratimetallichesupportanomodiplasmonici.Progetteremo inoltre strutture metal-organiche altamente porose e studieremo la loro fotofisicaattraverso misure di luminescenza transiente e assorbimento da stato eccitato, allo scopo disvilupparenuovepiattaformeperlasensoristicachimica.Impiegheremolegantiorganiciluminescentie ioni lantanidi che emettano nel vicino infrarosso Er(III) ed Yb(III) per identificare attraverso laspettroscopia ottica l’adsorbimento di piccole molecole, tipicamente inquinanti dell’aria, allasuperficiedellestruttura.



1.TitolodellalineadiricercaNuovenano-architetturefluorescentiperapplicazioniinfotonica.2.ResponsabiliCarloMariaCarbonaro,RiccardoCorpino,DanieleChiriu3.Partecipanti

Ricercatori Carlo Maria Carbonaro, RiccardoCorpino,DanieleChiriu


PE4_1 PE4_3 PE5_6

5.ParolechiaveNanomateriali Fotonica Spettroscopiaottica

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaM.F.Casula,C.Cannas,A.Salis,Dept.ofChemicalandGeologicalSciences,UniversityofCagliari;A.Corrias,G. Mountjoy, School of Physical Sciences, University of Kent; D. Carta, Fac. of Physical Sciences andEngineering, University of Southampton; A. Falqui, A. Casu, King Abdullah University of Science andTechnology, M. Cannas, S. Agnello, Dept. of Physics, University of Palermo; S.Gerard, Y. Ouerdane,Laboratoire Hubert Curien, Univ. de Saint-Etienne; L. Malfatti, Faculty of Architecture, University ofSassari;A.Paleari,DeptofMaterialsSciences,UniveristyofMilano-Bicocca7.RiassuntoIl progetto di ricerca propone lo studio di nuove nano-architetture fluorescenti al fine diingegnerizzare nuovi ibridi organico/inorganico per applicazioni nell’ambito della fotonica (LEDbianchi emezzi attivi per nano-laser). I composti fluorescenti selezionati sono i Carbon-dots (CDs),nanoparticelleabasecarboniolecuiproprietàdiluminescenzapossonoessereaccordateinlunghezzad’onda mediante confinamento quantico e funzionalizzazione superficiale. Al fine di ottenereapplicazioniinfotonica,iCDssarannoincorporatiinopportunematriciospite,comeadesempiosilicimesoporoseordinate.8.InquadramentogeneraleICarbon-dots(CDs)sonounanuovafamigliadinanoparticelleabasecarboniochehannorecentementeattrattol’interessedellacomunitàscientificaperlalorocapacitàdiemetterefluorescenzaintensaaaccordabileinlunghezzad’onda.Inoltrequesticompostisonoaltamentesolubiliinacqua,pocoopernullatossici,sonofotostabilieversatilidalpuntodivistadellafotochimica.Talicaratteristichelascianoprevedereampieprospettivediapplicazioneneisettoridell’imagingmedicale,dell’optoelettronica,dellafotocatalisiedelfotovoltaico.

LeproceduredisintesichimicofisicadeiCDssonoingeneralifacili,abassocostoe“green”,tuttiimaterialiorganicioinorganicicontenentiatomidiCsonoinfattipotenzialisorgentiperiCDs,dal



carbonediminieraallafuligginedicandela,alsuccod’aranciaoallepatate.Tuttavialastruttura,lacomposizionechimicaequindileproprietàottichedeiCDsdipendonoingranpartedalmetodidisintesiedaiprecursori.Inoltre,iCDscontengono,dinorma,grandiconcentrazionidiossigeno(20-40%)sullasuperficie,espessol’azotovieneutilizzatocomedrogantepermiglioreleperformancediemissione.FinoadoggiglistudiinletteraturasisonofocalizzatisulleproprietàdeiCDsinfaseliquida,ingenereacqua.Solorecentementesièrivoltal’attenzioneallosviluppodimaterialiinfasesolidacontenentiCDs,invistadipossibiliapplicazionidelleloroproprietàdiemissioneallastatosolido.

9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiIlprogettointendestudiareInano-compostiabasecarbonio(C-dots,CDs)perapplicazioniallostatosolidonell’ambitodell’illuminotecnicaedeimezzilaser.Seguendoleindicazionidellachimicaverdeelepriorità individuatedaH2020, l’usodiCDspotrebbecontribuirea ridurre l’usodimetallipesanti(Cd,Sb,Pb,etc.)notiperlaelevatatossicità,odielementidelleterrerare(La,Er,Ga,etc.),individuaticomemateriali criticidaH2020eampiamenteutilizzati in fotonica.Adoggi l’efficienzaquanticadeiCDsnel rangeblue/verdeèquasi competitivaconquelladeiquantumdotscomeCdSe/ZnS, tuttavial’emissione nel rosso o vicino IR risulta ancora deficitaria. Il primo obiettivo del progetto è quindisuperarequestodeficitperprogettarematricicontenentiCDsconefficienteemissionedilucebianca.Mediantesintesichimicaetrattamenti fisicisarannoprodottiCDs lacuiemissionesiaaccordabile inlunghezzad’ondasuselezionaticolorialfinediottenerelacomposizionedilucebianca.Sicercheràdiaumentare l’efficienza di emissione sia attraverso opportuna funzionalizzazione della superficie siaattraversol’accoppiamentoplasmonicoconnanoparticellemetalliche.Diversiapproccisinteticibasatisulmetodo sol-gel (sintesi auno/due stadi, impregnazionee trattamentipost-sintesi, produzionediCDs inmatrici porose) saranno utilizzati al fine di inglobare elevate concentrazioni di CDs in ibridiorganico/inorganicooinmatricipolimeriche.Leproprietàdeimateriali, in terminidi renderingdelcoloreedella temperatura, stabilitàchimicaetermica,potrannoesseremodificategrazieallaflessibilitàdeimetodidisintesi.Lamatricedielezioneèlasiliceporosaordinata,perviadellaelevataareasuperficialecheconsentel’introduzionedigrandiconcentrazioni di CDs fluorescenti. L’analisi delle interazioni CD-matrice rispetto al confinamentochimico/fisico degli emettitori è un argomento chiave della ricerca proposta, per colmare il gap diconoscenzerelativealcomportamentodiCDsinmatricisolide.L’attivitàdiricercaèpianificatasuunperiododi3anniedèsuddivisain3unitàdilavoro(WP).WP1:sintesi,funzionalizzazioneecaratterizzazionedisilicimesoporoeordinateaprositàcontrollata.WP2sintesi e caratterizzazione di CDs con differenti procedure chimico/fisiche e a partire da diversiprecursori.WP3: intrappolamento dei CDs nellematrici di silice e caratterizzazione delle proprietàspettroscopiche.LaricercapropostahacaratteremultidisciplinareesaràportataavantiinstrettacollaborazioneconilDipartimentodiScienzeChimicheeGeologichediUNICAealtrecollaborazioniscientifichedelgruppodiricerca.Ilprogettoèinvalutazionenell’ambitodelbandonazionalePRIN2015.1.Titolodellalineadiricerca Proprietàmagnetichedinanomagneti2.Responsabile GiorgioConcas



3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati GiorgioConcasRicercatoriTIeTD Assegnistidiricerca Dottorandi

4.SettoriRicercaERC(EuropeanReserachCouncil)PE3_1 PE3_8 PE3_10

5.ParolechiaveMagnetismo Nanomateriali Materialimolecolari

6.Collaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricerca ISM-CNR,UnityofMontelibretti(RM) DipartimentodiScienzeChimicheeGeologiche,UniversitàdiCagliari7.Riassunto L'obiettivodiquestoprogettoèlostudiodelleproprietàmagnetichedisistemiabassadimensionalita',comenanomaterialimagneticiematerialimolecolarimultifunzionali.8.Inquadramentogenerale Ladeterminazionedelladipendenzadelleproprietàmagnetichedalledimensionieformadellenanoparticelleedallastrutturadellemolecoleèl'obiettivodiquestoprogetto.Nanoparticellemagneticherilevantisonoformatedaunossidoosononanocompositididuediversiossidi.Nanomaterialimolecolarimultifunzionalisonocostituitidauncomplessoanionicodimetalliditransizione(componentemagnetico)edaunamolecolaorganica(componenteconduttoreelettrico).



9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiLeproprietàmagnetichedinanomaterialiematerialimolecolarisarannostudiateutilizzando

il magnetometro SQUID (MPMS XL5 della Quantum Design, USA) del gruppo di ricerca. Ilmagnetometromisuralamagnetizzazionedc(directcurrent)percampimagneticiapplicatisinoa5T,inunintervalloditemperaturada400Ka1.9K,conunasensibilitàperilmomentomagneticodi10-6erg/G.Questopermettedideterminareseilmaterialesitroviinunostatodisordinato(diamagneticooparamagnetico) oppure ordinato (antiferromagnetico o ferromagnetico). Misurando lamagnetizzazioneinfunzionedellatemperatura,sipossonodeterminareletemperatureditransizionemagnetiche (di Néel o di Curie). Misurando invece la magnetizzazione in funzione del campo, sipossono determinare il ciclo di isteresi e i parametri caratteristici di un ferromagnete (campocoercitivo,magnetizzazione residuaedi saturazione), fondamentali ai finidipossibili applicazioni. ImaterialicontenentiFepossonoessereanchestudiatimediantespetroscopiaMössbauerdelFe-57.Ilgruppoha indotazione trespettrometriMössbauerpermisureabassa temperaturada300Ka4K(conun criostato a elio liquido) e ad alta da300K a 1000K (conuna camera sotto vuoto).Questaspettroscopia vede lo stato di ordine magnetico; essa permette anche di misurare la frazione divolumeordinato,sediversadal100%;questononèpossibileconilmagnetometroSQUID.Verrannostudiati,inoltre,aspettiparticolarmenterilevantiquali:- la possibilità di interplay tra gli elettroni di conduzione delocalizzati e i momenti magneticilocalizzati;-l’effettodiuncampomagneticosulleproprietàditrasportodiunconduttoreferromagnetico;-lapossibilecoesistenzadiferromagnetismooantiferromagnetismoesuperconduttivitàneimaterialimolecolari.



1.TitolodellalineadiricercaPerovskitiferroiche:relazionitrastrutturaeproprietàdibulk,filmsottilienanoparticelle.2.ResponsabiliGeddoLehmannAlessandraeCongiuFrancesco3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati Ricercatori 2Assegnisti Dottorandi


PE3_8 PE5_6 PE3_10

5.ParolechiavePerovskiti Ferroicità Transizionidifase

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaCNR-SPIN-NapoliDipartimentodiIngegneriaIndustriale,UniversitàdiSalernoCNR-Rome7.RiassuntoLe perovskiti ferroiche presentano un ampio spettro di interessanti proprietà, quali(anti)ferroelettricità, (anti)ferromagnetismo, magnetoelettricità, superconduttività. Come tali, essesonoversatilimaterialifunzionali.Lanostraricercasiproponelostudiodialcuneclassidiperovskitifunzionali,preparatiinformadibulk,nanoparticelle,filmsottilieeterostruttureepitassiali.8.InquadramentogeneraleSebbene le perovskiti siano note in gran numero da molti anni, periodicamente se ne scopronoproprietà inaspettate, cosicché il loro studio rimane un campo altamente competitivo a livellointernazionale.EsempisonolamagnetoresistenzacolossalescopertainossididiMnaterrararaeleinteressantiproprietà fotovoltaiche scoperte in alogenuri ibridi organici/inorganici.Argomenti caldisono le transizioni di fase strutturali, le risposte colossali a stimoli esterni in relazione allamicrostruttura, la ferroelasticità, la ferroelettricità, le proprietàmagnetoelettriche o più in generalemultiferroiche, la ricerca di piezoelettrici/ferroelettrici non contenenti piombo, i nuovi fenomeniemergenti all’interfaccia in eterostrutture epitassiali, le potenzialità dei materiali fotovoltaiciferroelettrici,leproprietàemergentidiparetitradominiferroici.Lanostraricercasiinserisceintalestimolante panorama generale. A livello nazionale, in particolare, uno dei temi da noi proposti,dedicato al magnetismo di interfaccia, è stato oggetto di un progetto appena conclusosi (PRIN



“Interfacce tra ossidi: nuove proprietà emergenti, multifunzionalità e dispositivi per l’elettronica el’energia-OXIDE”).9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesi1)Proprietàdiinterfacciatraossidiperovskitici(2016).1a)Sarannostudiate leproprietàmagneticheedi trasportodimanganitimagnetoresistiveepitassialicontenenti interfacce naturali sotto forma di pareti tra domini ferroelastici. Le proprietà non-bulkdelle pareti tra domini ferroici sono un tema emergente della ricerca sui materiali perovskiticifunzionali.Porteremoa termine lostudiodimagnetismoetrasportodicarica in filmdiLa-Sr-Mn-Ocon domini ferroelastici di tipo stripe. Questo tema è stato già nostro oggetto di ricerca e diesperimentiduranteilbiennio2014-2015,all'internodelPRIN"OXIDE"appenaconclusosi.1b) Sarà portata a termine la ricerca sui film epitassiali di Pr-Ca-Mn-O su NdGaO3 in diverseorientazionicristallografiche, iniziataalla finedelPRINOXIDE. Laricercasiproponedievidenziareeffettidiprossimitàall'interfacciafilm-substratotramitemisurediexchangebiaseperconfrontotramagnetometriaSQUIDeMOKE.2)Transizionidifaseinperovskitidelmanganesenanostrutturate(2016-2017).2a) Saranno concluse le ricerche e gli esperimenti sullo studio dell'effetto magnetocalorico qualemezzo di indagine per il riconoscimento delle transizioni di fase puramente magnetiche omagnetostrutturali/magnetoelastiche in perovskiti di Mn magnetoresistive. Verranno pubblicati irisultati riguardanti il sistema Pr-Ca-Mn-O per la composizione Pr0.5Ca0.5MnO3, studiato in forma diparticelledidimensionealdisopradellimitesuperparamagnetico.2b)Verrannoconcluseepubblicate lericerchesulsistemamultiferroicoHo-Ca-Mn-O,sempreper lacomposizionehalf-doped,conunconfrontotratransizionimagneticheinstatobulkeinnanoparticelle.3) Perovskiti ferroelettriche per fotovoltaico e fotocatalisi: sintesi e caratterizzazione strutturale edielettrica(2016-2018).Nel campodelleperovskiti ferroiche ferroelettriche,durante il trinennio realizzeremo la sintesi e lacaratterizzazionedimaterialiconpotenzialitànelcampodellaconversionedienergiasolare.Sitrattadiuntemanonnuovissimo,machehaavutounnuovoslancioehasollevatounrinnovato interessedopo la recente scoperta delle interessantissime proprietà di fotoconversione degli alogenuriorganici/inorganiciconincipienteferroelettricità.Imaterialisarannosceltiinbasealvaloredellalorosogliadiassorbimento.Nelcasodiossidi,verrannopreparaticampioniceramicipersintesiallostatosolidoesuccessivasinterizzazionedipasticchedense.LacaratterizzazionestrutturaleverràeffettuataperdiffrazionediraggiXsupolveri.LacaratterizzazionedielettricaverràeffettuatatramiteuntetserRadiantperlamisuradiloopP(E)etramitelamisuradicostantedielettricainfunzionedifrequenzaetemperatura.Ipossibilicandidatisarannopoisottopostiaverificadellarispostaailluminazione.



1.TitolodellalineadiricercaSiporosoperapplicazionitecnologiche2.ResponsabiliGuidoMula3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati Ricercatori GuidoMulaAssegnisti Dottorandi MariavitaliaTiddia


PE5_6 PE5_8 PE4_1

5.ParolechiaveSilicioporoso Ibridiorganico-inorganico Terrerare

6.Collaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricerca-A.Falqui,(BESE),KAUST,Jeddah,KingdomofSaudiArabia-A.Pezzella,Dip.diScienzeChimiche,Univ.FedericoIIdiNapoli,Napoli-M.Mascia,S.Palmas,A.Vacca,DIMCM,Univ.Cagliari-N.Gambacorti,T.Printemps,P.Bleuet,CEA,LETI,MINATECCampus,Grenoble,France-F.d’Acapito,CNR-IOM-OGGc/oLISA-ESRF,Grenoble,Francia7.Riassunto

Neltriennio2016-2016concentreremolenostreattivitàdiricercasugliibridiorganico-inorganicotrapolimeri(peresempiopolianilinaemelanine)esilicioporoso.Questestrutturesarannostudiateprincipalmenteconmezziottici,elettrici,elettrochimiciestrutturali.AffronteremoancheiltemadellalitografiasucampionidiPSifunzionalizzaticonnitrobenzene.ContinueremoanchelostudiodeldrogaggioelettrochimicodiPSiconterrerareemetalliperilmiglioramentodell'efficienzadifotoluminescenzaestudiodialtrecaratteristicheanchestrutturalidelmateriale.9.Inquadramentogenerale

Il Si poroso (PSi) è un materiale molto versatile utilizzato in una vasta gamma di applicazioni.Recentemente,lasuaapplicazioneperidispositiviibridihaattiratounacrescenteattenzionedapartedellacomunitàscientifica.Data laparticolarestrutturadellastruttura internadeiporidelPSi,èunagrande sfida scientifica riuscire a capire i meccanismi di impregnazione e i processi di formazionedelleinterfacceibride.LastrutturadendriticadelPSiimplicaunafortedipendenzadeicampielettrici



interni dalla posizione esatta all'interno della struttura e una notevole difficoltà nel controllareaccuratamentelacapacitàdellesoluzionidiimpregnazionedipenetrarecompletamenteipori.La struttura complessa dei pori è anche all'origine della mancanza di informazioni sufficienti aspiegare la mancanza di luminescenza efficiente nel PSi:Er. Il miglioramento del sistema PSi:Errichiedequindiunamiglioreconoscenzadeimeccanismiallabasedellapenetrazionedelle soluzionicon Er all'interno della struttura porosa e può essere raggiunto solo attraverso una migliorecaratterizzazionedeicampioni.9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiNel triennio 2016-2018 intendiamo studiare eterogiunzioni bulk ibride realizzate mediantel'inserimentodeipolimerinellamatricePSiemigliorare lacaratterizzazionedisistemiPSi:Er.Più indettaglio:1) Ricerca sulle giunzioni ibride. Le giunzioni saranno fabbricate a partire da campioni PSiincontaminati o leggermente modificati e da polimeri come melanine e polianilina. Lacaratterizzazionedeicampionisaràeffettuatainvarimodi:riflettivitàottica,microscopiaelettronicaascansione, fotoconducibilità, scansioni I-V, spettroscopia di impedenza elettrochimica. L'attività diricercasaràancheimperniatasull'effettodimodificachimicaedelettrochimicadellasuperficieinternadei pori PSi per migliorare la stabilità dell'interfaccia organico-inorganico. Infatti, la breve vita deidispositivi è incongruente con la durata dei componenti della giunzione ed è legata alla instabilitàdell’interfacciaperragionichimicheestrutturali.Lamodificadellasuperficieporie/oilprocessodifabbricazionedipolimerie la lorocomposizionesarannorealizzati con l'obiettivodi comprendereeottimizzarel'efficienzaelastabilitàdegliibridi.2) La ricerca sulle PSi drogato. Il processo di fabbricazione di PSi:Er per ottenere una fortefotoluminescenza necessita di una conoscenza precisa degli effetti di ogni fase di fabbricazione suirisultati finali.L'obiettivoprincipaledellanostra ricerca sarà sulla caratterizzazionedei campioni infunzione dei vari parametri di processo, per la quale si prevede di utilizzare, in aggiunta ad altretecniche, la tomografia elettronica3Dperottenere informazioni strutturalidettagliate sunanoscala.AbbiamoancheintenzionediottenereunamappaturadettagliatadellaPLdeicampioni(prevediamodi raggiungere una risoluzione spaziale dell'ordine di alcune centinaia di nm) sia sulla superficiesuperiorechesullasezionetrasversale,alfinediindividuareunpercorsoversol'ottimizzazionedellestrutture PSi:Er dal punto di vista della PL. Per raggiungere questo obiettivo, modificheremo ilprocessodiimpregnazioneelettrochimicaconl’Er,iltrattamentotermicoealtriparametriinciascunadelle delicate fasi del procedimento di fabbricazione.



1.Titolodellalineadiricerca Caratterizzazioneotticaestrutturaledinuovimaterialiperl’optoelettronica2.Responsabile PierCarloRicci3.Partecipanti --4.SettoriRicercaERC(EuropeanReserachCouncil)

PE3_12 PE3_1 PE4_1

5.KeywordsNanostrutture ProprietàOttiche Materieprimecritiche

6Collaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricerca- A.Rizzi-PhysicsDepartmentGeorg-AugustUniversityofGöttingen- S.Cuesta-Lopez,AdvancedMaterials-UniversityofBurgos- J.A.DeToroSanchez–UCLM- F.Beolchini-UniversitàPolitecnicadelleMarche–UNIVPM- S.Fuendling,A.WaagTechnischeUniversitätBraunschweig;- MariaLuisaGrilli(ENEA).7.RiassuntoL’attività di ricerca sarà focalizzata allo studio e allo sviluppo di nuovi materiali e sistemi privi dimaterie prime critiche (CRM)dautilizzare in elettronica e optoelettronica. La ricerca sarà collegataalleattivitàdelcommitmentEuropeo(EIP)RESET.IltemadelricicloedinuovavitadeiCRMdascartisaràcomunqueaffrontato.Imaterialisarannodisegnati,ecaratterizzatimediantetecnichediindaginestrutturale e ottichemediante, Spettroscopia Raman, Luminescenza in stato stazionario e risolta intempo.Talimisuresarannostudiateancheinfunzionedellatemperatura8.InquadramentogeneraleLematerieprimesonofondamentalinellamaggiorpartedelleapplicazionitecnologiche,maalcunedilorosonostatarecentementedefinitadallaCommissioneeuropeacome"critiche"perl'elevatorischiodicarenzadiapprovvigionamentoprevistoneiprossimi10anni,econtemporaneamente,per la loroimportanzanelsettoreeuropeo.Al giorno d'oggi, diversi dispositivi utilizzano composti con i CRM come elementi fondamentali,nell’illuminazione, (nei LED, OLED, CFL: terre rare, come Ce, Y, Eu e Tb, come CRM), peroptoelettronica,comestraticonduttivitrasparenti(IndiocomeCRM),materialimagneticipermanenti(inSmCo,NdFeB).E’quindinecessariaunaricercasiadibasecheappliatapersupportarelosviluppodi nuove soluzioni con un contenuto di CRM ridotto o completamente eliminato, mantenendo omigliorandoleprestazionideidispositivifinali.9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesi Il contesto dell'attività di ricerca proposta rientra nell'ambito delle attività di ricerca del consorzioEuropeo(EIP)RESET:RawElementsSubstitutioninElectronicandoptoelectronicTechnologies.



Leattivitàdiricercasisvilupperannosutretemiprincipali:! Sistemiibridi(organico/ossidimetallici)! Nanostruttureperluminescenzamagneticamenteindotta! NuovifosforiperLEDabaseGaNtridimensionali

Ilprimoprogetto,sviluppatoinicollaborazioneconl’universitàdiGent,ilcentroricercheFBK

diTrentoeildipartimentodiChimicadell’UniversitàdiCagliari,riguarderàlostudiodidiversisistemiibridirappresentatidaunastrutturaorganicaeunastrutturadiossidometallico.Larealizzazionediun sistema tenderà a migliorare le proprietà ottiche degli ossidi metallici. Le nuove strutturepermetteranno di realizzare dei fosfori basandosi su un più efficiente trasferimento di energiadall’organicoalla terra raradrogantedell’ossidometallico tramite il cosiddetto effetto antenna.Unasecondacausadimiglioramentodelleproprietàotticheriguarderàanchelastabilizzazionedeidifettisuperficiali.

La luminescenza indotta magneticamente (MIL) è un campo di ricerca all'avanguardia cherichiede la conoscenza trasversale di diversi campi specifici della scienza dei materiali, dalmagnetismoalleproprietàdellenanostrutture,dalla caratterizzazione strutturale alla luminescenza.Solopochimesifa(Giugno2015)èstatodimostratoinalcunepubblicazioniadaltoImpactFactorchel'effettoMILpuòessere relativamente faciledaottenereutilizzandomaterialimagnetici, integrati instruttureflessibililaminate,eaccoppiateconpiezomaterialifotonici.La ricerca su questo argomento è proprio all'inizio e studi mirati sono il primo passo per unacomprensioneeffettivadelprocessoeperlosviluppodinuovisistemi.Suquestebasiloall’internodiuna rete internazionale può essere strategica sia dal punto di vista della ricerca di base che perapplicazioni innovative future. Questo studio sarà sviluppato in stretto contatto con il gruppo diAppliedNanomagnetismdell’UniversitaddeCastilla-LaMancha(Spain).

Il tema di nuovi sistemi di illuminazione e in particolare riguardanti tecnologia LED saràfondamentaleneiprossimianni.Tuttavia,ènecessariaunadrasticariduzionedeiconsumidienergiaecosti di produzione.Di conseguenza, la ricerca inquesto campoha grande interessedaunpuntodivistascientifico.Inquestatematicasivuolesvilupparenuovifosforiibridiorganici/inorganiciintegratiefficienti strutture 3D InGaN. Lo studio avverrà in collaborazione con l’università tecnica diBraunschweig(TUBS).Alfinedifornireuna"standarddefinito",siastruttureplanarichestrutture3D(sviluppatedaTUBS)sarannointegrateconnuovifosforiibridisviluppatidaUniversitàdegliStudidiCagliari.



1. Titolo della linea di ricercaSviluppo di tecniche spettroscopiche per l’indagine non distruttiva dei reperti archeologici 2. Responsabili Marcello Salis 3. Partecipanti

Assistant professors Daniele Chiriu

4. Settori Ricerca ERC (European Research Council) PE4-2

5. Parole chiave Spettroscopia ottica Luminescenza

6. Collaborazioni nazionali o internazionali su questa specifica ricerca Nadali Davide (Università degli Studi di Roma “La Sapienza”); Polcaro Andrea (Università degli studi di Perugia) 7. Riassunto Il progetto di ricerca propone lo sviluppo di una strumentazione portatile integrata che unisca la tecnica della spettroscopia micro-Raman, XRF e OSL per le indagini situ di reperti archeologici non trasportabili. Le prime due tecniche sperimentali consentono lo studio strutturale e composizionale dei reperti agevolando l’identificazione della loro regione geografica di origine. La tecnica OSL rende possibile una approssimativa datazione dei reperti esaminati, integrando le precedenti informazioni con quelle relative al corrispondente periodo storico.

8. Inquadramento generaleL’analisi di reperti archeologici per mezzo di tecniche non invasive e non distruttive è un argomento di rilevante interesse nel campo dei beni culturali. A questo proposito è assodata l’importanza della spettroscopia Raman nell’identificazione di pigmenti usati in epoca antica per le pitture parietali e per le decorazioni delle terrecotte. A ciò si aggiunge la spettroscopia XRF che fornisce uno dei più accurati ed economici metodi analitici non distruttivi per la determinazione della composizione chimica di molti materiali e che può essere potenziata in combinazione con la spettroscopia Raman. Le suddette tecniche forniscono informazioni di carattere strutturale e composizionale dei campioni, utili per l’identificazione della loro regione geografica di origine. Ulteriori ed importanti informazioni possono essere estratte in modo non invasivo analizzando la luminescenza prodotta per eccitazione ottica dei cristalli dielettrici (quarzi, silicati, alluminosilicati ecc.) contenuti nei reperti. Infatti, ricostruendo il build up della luminescenza mediante l’analisi OSL è possibile implementare una promettente tecnica di datazione dei reperti archeologici. 9. Descrizione della ricerca, tempistica e risultati attesi. La ricerca sarà dedicata alla realizzazione di un setup sperimentale integrato per le caratterizzazioni di reperti archeologici. La messa a punto del sistema sarà effettuata utilizzando materiali di origine certificata ottenuti mediante la collaborazione con ricercatori di Roma e Perugia. Primo anno:



Il primo passo per la realizzazione del setup sperimentale prevede l’assemblaggio di uno spettrometro Raman (IR) portatile con uno spettrometro XRF, in configurazione micro- e macro-, con la possibilità di generare mappe di composizione dei campioni analizzati. I dati raccolti saranno analizzati in collaborazione con ricercatori dell’università di Roma e Perugia per un’accurata caratterizzazione archeologica. Secondo anno: Il secondo anno della ricerca sarà dedicato allo studio di una tecnica basata sull’OSL che, utilizzando appositi modelli cinetici dei processi elettronici nei materiali e tenendo conto dei dati NORM (Naturally Occurred Radiative Materials) del contesto geografico, sia capace di fornire una datazione approssimata dei materiali analizzati. Il successo di questa fase della ricerca porterà all’implementazione della tecnica OSL sul sistema realizzato nel precedente anno. Terzo anno: In stretta sinergia con le collaborazioni coinvolte in questo progetto, il terzo anno della ricerca sarà dedicato alla messa a punto del setup integrato con una estesa campagna di misure a confronto con i dati sicuri già presenti nella letteratura del settore.




Settore"FisicadellaMateria”

Sotto-settore02B2"FisicateoricadellaMateria"



1.TitolodellalineadiricercaStudiodeiparametrinascostineisuperconduttorinonconvenzionali2.ResponsabiliFabioBernardini3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati FabioBernardiniRicercatori Assegnisti Dottorandi


PE3_6 Macroscopic quantum phenomena: superconductivity, superfluidity, etc

PE3_4 Electronic properties of materials, surfaces, interfaces, nanostructures, etc.

PE5_2 Solid state materials

5.Parolechiave

Superconduttivita nonconvenzionale

Superconduttori a base diferro

Interazione frasuperconduttivita emagnetismo

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaBrianM.Andersen,NielsBohrInstitute,UniversityofCopenhagen.A.Cano,InstitutdeChimiedelaMatièreCondenséedeBordeauxCNRS,FranciaProf.N.Saini,DipartimentodiFisica,UniversitàdiRoma“LaSapienza”Dr.S.Sanna,DipartimentodiFisica,UniversitàdiPavia.A.Martinelli,SPIN-CNR,Genova.7.RiassuntoSistudieràl’originedellasuperconduttivitànonconvenzionaleneisuperconduttoriabasediferro.Cisiconcentreràsullacomprensionedelruologiocatodaicosìdettiparametrinascosti.IcalcolibasatisullateoriadelfunzionaledensitàsarannoutilizzatipercalcolareiparametriU(repulsioneCulombiana)et(parametrodihopping)utilizzatinellamodellisticadelleinterazionimagnetiche.

8.InquadramentogeneraleFindallasuascopertanel1911lasuperconduttivitàèrimastaunargomentoaffascinanteemisterioso.Nel corso degli ultimi decenni sono state scoperte diverse nuove classi di superconduttori nonconvenzionali,comecuprati,eferro-pnictici/calcogenuri,fermionipesantiematerialiattinidi.Ad oggi, anche dopo grandi sforzi di ricerca, non tutte le classi di materiali superconduttori sonopienamente comprese. Si sono accumulati indizi su fatto che questi materiali condividono una



fenomenologia comune basata sulla competizione / interazione tra di spin, carica e ordinamentoorbitale che è spesso in gioco nei superconduttori non convenzionali. Fluttuazioni di un ordinesoppressosonospessoinvocaticomeoriginedell’interazioneallabase della superconduttività.Unavariantedi questoquadro concettuale è quello di coinvolgere fluttuazioni quantistiche intorno a unQuantumCriticalPointdovedueordiniconcorrentivengonosoppressiatemperaturazero.9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiLo scopodellamia attività è quello di svelare i così detti parametri fisici nascosti che governano lasuperconduttivitànonconvenzionaleneisuperconduttoriabasediferro(IBS).Inparticolareloscopoprincipaleèquellodicomprendereequantificarequalegradodilibertàtraspin,lacaricaolastrutturasonodeterminantiperdistruggere/indurrelasuperconduttivitàinquestimateriali.Questoobiettivoambiziosopuòessereaffrontatoattraverso il raggiungimentodei seguentiobiettiviintermedi:1)Identificareleregionideldiagrammadifaseincuilefluttuazionimagnetichedominano.2)Verificarelecaratteristichediordinamentodicaricaedesplorarelesuedinamiche.3) Identificare il ruolo delle distorsioni locali (orbitali o indotte dal reticolo) nella formazione dellegamesuperconduttivo.Le tendenze di questi tre ingredienti devono essere indagate attraverso lo studio del diagrammadifasedimaterialiIBSaccuratamenteselezionati.Concentreròlamiaattenzionesullafamiglia1111(es.LaFeAsO). In questi materiali superconduttività e magnetismo possono essere modificati tramitesostituzionediFeconMnediLaconterrerare.I parametri nascosti che governano la superconduttività non convenzionale possono essere svelatiindividuando le regioni di coesistenza delle diverse fasi ordinate e il comportamento dei loroparametrid'ordineetemperatureditransizione(temperatureNeel,temperaturecriticheTC,caricaordinielocalitransizioni strutturali, ecc). Particolare attenzione sarà dedicata allo studio di correlazione tra lefluttuazionidispineTC.I calcoli DFT forniranno la struttura a bande elettronica per i sistemi studiati all’interno di unacollaborazioneteorico-sperimentaleconsolidataconilDipartimentodiFisicadell’UniversitadiPaviaeil laboratorio SPIN-CNR di Genova. Particolare attenzione sarà dedicata l'effetto della pressionechimicasulrapportoU/ttra larepulsionediCoulombe integraledihopping.Ciòpermettedicapirese lasoppressionediordinemagneticoèdovutoadunariduzionedellaCorrelazione elettronica. I valori ottenuti per U e t saranno di importanza fondamentale nelladescrizione dell’interazione magnetica in spazio reale in presenza di impurezze di Mn secondo ilmodelloRKKY.



1.TitolodellalineadiricercaProprietàelettronicheedottichedeimateriali(dallemolecolebiologicheedorganicheaicristalliinorganici)2.ResponsabiliProf.GiancarloCappellini3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati GiancarloCappelliniRicercatori AndreaBosinAssegnisti ElenaMolteniDottorandi RobertoCardia


PE3_5 PE3_7 PE2_8

5.ParolechiaveFisica dello StatoSolido

Spettroscopiateorica Molecoleorganicheebiologiche

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaDr.ssaMauriziaPalummo,DipartimentodiFisica,IIUniversitàdiRoma''TorVergata''Prof.GiovanniOnida,DipartimentodiFisica,UniversitàdiMilanoDr.J.Furthmueller,IFTO-FSUJena,GermanyProf.Gian-MarcoRignanese,NAPS,UniversitéCatholiquedeLouvain,BelgiumDr.D.Chiriu,DipartimentodiFisica,UniCa7.RiassuntoIlprogettodiricercapropostohaachefareconilcalcolodelleproprietàotticheedelettronichedeiseguentisistemi:A)Sistemicristallinialargogap:ilcasodellefluoritiB)Molecoleorganicheebiologiche.Talitematichevengonoaffrontatemediantetecnichedisimulazionenumerica.



8.InquadramentogeneraleLetecnichespettroscopichegiocanounruolofondamentalenellostudiodelleproprietàotticheedelettronichedisolidi,molecoleedatomi.L'introduzionedicodicidicalcolodettiab-initioperilcalcolodelleproprietàelettronichedisistemilocalizzatiedestesihaimplementatolacapacitàdicomprensionedeglispettriotticiedelettronicidisistemidifferenti.Infattitalicodicidicalcolochenonhannobisognodiparametriesternipermettonoilcalcoloaccuratodelletransizionielettronichedidifferentenaturaesimmetrianeisolidienellemolecole.L'utilizzoditalitecnichedispettroscopiateoricaèunodeifiniprincipalidelpresentepianodiricerca.9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiIcodicidicalcoloaprimiprincipidedicatialcalcolodelleproprietàspettroscopchedeimaterialipossonoesseredidifferentenatura:schemiDFT-LDAeDFT-GWperglistatifondamentaliedeccitati,TD-DFToBSEperilcalcolodeglispettriottici.Maggioriinformazionisulletecniche,laloroorigine,lecomparazioniconidatisperimentalipuo'esseretrovatosulsitodellacollaborazioneETSF(EuropeanTheoreticalSpectroscopyFacility(ETSF))http://www.etsf.eu.IlprogrammadiricercachevorremmoaffrontareincollaborazioneconcolleghidiETSFconsistedelleseguentiparti:A)Proprietàelettronicheedottichedisistemialargagap:lefluoriticubiche.Cristalliioniciconlastrutturadellafluoritehannotipicamentegrandivaloridelband-gapepresentanounavastaregioneinfrequenzaditrasparenza.DopoaverstudiatolecaratteristichedelCdF2edelBaF2,intendiamoestendereinostriinteressiasistemidifferenti(e.g.MgF2oSrF2).Inoltrepensiamodieffettuareconfrontitradifferenticodicicomputazionalisulleproprietàdistatofondamentale,distatoeccitatoedottichedisistemicristallinidibulkpertestarequalee'quellochepresentalemiglioriprestazioniperquantoriguardailrisparmiodellerisorsecomputazionali.Taliazionitenderannoadelinearequalee'ilmetodopiu'efficienteperattaccaresistemipiu'complessi(e.g.superfici,difettidivolumeodisuperficie,interfacce)chepossonogiocareunruoloimportanteperleapplicazioniedimaterialicostitutidafluoriti.B)ProprietàelettronicheedottichedimolecoleorganicheebiologicheL'usodellesuddettetecnichecomputazionalie'statodiimportantenegliultimianniperilcalcolodelleproprietàelettronicheedottichedimolecoleinteressantiindifferentisettoridiricerca:dallaastrochimicaeastrobiologiaallascienzadeimaterialiedaibeniculturali.Tralespeciemolecolaridiinteresseperisuddetticampiquelleabasecarbonaceasonodiimportanzafondamentale:inparticolaregliidrocarburiaromaticipoliciclici(PAHs)ediloroderivatidovrebberocostituireunadellefamigliepiu'abbondantinellospazio.Talimolecolesonodiinteresseancheperleapplicazioniinoptoelettronicaseconsiderateinfasesolida.Inoltrevorremmoconsiderareanchebiomolecolecomelenucleobasi(e.g.timina(DNA)euracile(RNA))cherisultanoimportantiperstudidiastrobiologiaeastochimicaeperpotenzialiapplicazioninellascienzadeimateriali.Perricerchenell'ambitodeibeniculturalivorremmoancheaffrontarelostudiocontecnichedifferentidisistemi/compostiorganicicomelacellulosaedibenzochinoni.



1.TitolodellalineadiricercaTeoriaesimulazionedinanomateriali2.ResponsabileLucianoColombo3.Partecipanti

Professoriordinari LucianoColomboProfessoriassociati Ricercatori ClaudioMelisAssegnisti • È in programma l’assunzione di 1-2

assegnistisufondidiprogettoDottorandi • RiccardoDettori

• È in programma il coinvol-gimentodi1-2dottorandi


PE3_3 PE3_7 PE5_10

5.ParolechiaveSimulazioniatomistiche Nanomateriali Trasporttermico

6.Collaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricerca" InstitutdeCiènciadeMaterialsdeBarcelona((ICMAB-CSIC),Spain" UniversitadAutonomadeBarcelona,Spain" CatalanInsituteforNanoscienceandNanotechnology(CIN2),Barcelona,Spain" UniversityofCaliforiaatDavis(USA)" InstituteforPolymerPhysics,MPI-Mainz,Germany" ÈcolePolytechnique,Palaiseau,France" Institutd’Electronique,deMicroélectroniqueetdeNanotechnologie(IEMN-CNRS),Lille,France" NorwegianUniversityofScienceandTechnology,Trondheim,Norway" ScuolaInternazionaleSuperiorediStudiAvanzati(SISSA),Trieste,Italy" UniversitàdiMilano-Bicocca,Italy" IstitutoOfficinadeiMateriali(CNR),Cagliari,Italy" IstitutoNazionalediRicercaMetrologica(INRIM),Torino,Italy7.RiassuntoStudieremonuovinanomaterialiperapplicazionitecnologicheavanzate,mediantelacombinazionedimetoriteoriciecomputazionaliallostatodell’arte.Cioccuperemo,inparticolare,dimaterialiperlaproduzionedienergiaperconversionetermoelettricaefotovoltaica,ditrasportotermicoallananoscala(ancheinsistemi2D),diproprietàelastichedinanocompositi,dimaterialiperlaricercametrologica.Prevediamo,altresì,losviluppodinuovimetoditeoriciecomputazionali.



8.InquadramentogeneraleLesimulazioniatomistichemoderneconsentonocomprensionequantitativaeprogettazionerazionaledelleproprietàfisichedeipiùcomplessimateriali.Ciò è dovuto a diversi fattori: la ricerca teorica ha trasformato concetti astratti in algoritmi che laricercaapplicatahapoiconvertitoincodicinumerici;ipotenticomputermodernihannoresopossibilelaloroapplicazioneasistemireali;ilsistematicoconfrontotrairisultatidilaboratorioelesimulazioniha consentito di sviluppare confidenza su queste ultime, ormai credibilmente applicabili allo studioquantitativodisistemieproblemidigrandecomplessità.Testimonia questo grande successo il fatto che la simulazione atomistica viene al giorno d’oggiapplicata a problemi di fisica, chimica, biologia ed ingegneria semplicemente inimmaginabili fino apochiannifa.La nostra ricerca si inquadra in questo paradigma scientifico e sarà finalizzata alla produzione dinuovaconoscenzautileperapplicazionitecnologicheavanzate.9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesi• Trasportotermicoinvetri

Le proprietà fisiche deimateriali vetrosi, di grande importanza applicativa, sono intermedie traquelle dei liquidi e quelle dei solidi. In particolare, la loro conducibilità termica segue unadipendenzadallatemperaturacheancorasfuggeallanostracomprensione.Utilizzeremodinamicamolecolare di non equilibrio (NEMD) ed equazioni di trasporto alla Boltzmann per studiare iltrasportodicaloreinmodellirealisticidisiliceperimpieghiinmicroelettronica.

• TrasportotermicodiinterfacciaAll’interfaccia si manifestano i fenomeni della resistenza termica di Kapitza (KR) e dellarettificazionetermica(TR),entrambiancorascarsamentecompresi.UtilizzandoNEMDstudieremoi fenomeni KR e TR per interfacce tra semiconduttori e per interfacce ibride polimero-semiconduttoreperpossibiliapplicazionitermoelettriche.

• TrasportotermicoinfogliatomiciSimulazioniNEMDverrannoutilizzatiperlostudiodeltrasportodicaloreinsistemi2D(grafene,BN,MoS2,...)conrealisticacomplessitàstrutturale(cioè,includentidifetti,bordidigrano,superficilimite).

• CampielasticidisuperficieIntegrandosimulazioneatomistica,calcolidaprimiprincipiedelasticitàdicontinuostudieremoicampi elastici generati alla superficie di nanoparticelle di silicio curve, sotto sforzo, oppurecontaminate od ossidate, così come riscontrato in nanocompositi o in campioni per ricercametrologica.

• DissipazionetermicainliquidicomplessiApplicheremo un innovativo schema teorico che consenta di simulare un vero esperimento dispettroscopia "pump&probe" in liquidi a legame idrogeno, anche di interesse biologico. Inparticolare,intendiamocaratterizzarealivelloatomisticomodalitàetempistichedidissipazionediluce laser inizialmente assorbitadauno specifico gradodi libertàmolecolare e successivamentetrasferita a tutti gli altri, sia intra- sia inter-molecolari, ricavando così informazioni importantisulla dinamica del processo.



1. Titolo della linea di ricerca Ossidiferroelettriciesemiconduttorinon-convenzionaliperl’elettronica2.Responsabile VincenzoFiorentini3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati VincenzoFiorentiniRicercatoriTIeTD Assegnistidiricerca Dottorandi Laureandi AndreaUrru

4.SettoriRicercaERCPE3_5Electronicstrct. PE3_11Magnetism PE3_12Nanostuff

5.ParolechiaveTeoriadaprincipiprimi Multiferroicità Magnetismo

6.Collaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricerca-CNR-SPINGenova:crescitadiinterfaccediossidi-CNR-ISMRoma:ossidiperl’elettronica-UniParma:ossidiperl’elettronica-LuxembourginstituteofScienceandTechnology:ferroelectrics7.RiassuntoPerunfuturoprevedibilecontinueremolosviluppoeapplicazionedinuovimetodiabinitioaduegrossefamigliedimateriali:a)sistemiconordinemagnetico,dipolare,orbitale,dicarica,etc.eb)ossidisemiconduttoriagrandegap.Leapplicazionidinostrointeresseattualesono,perilprimogruppo,iferroelettricinonconvenzionaliemetallici,eperilsecondoleleghediGa2O3conIn2O3eAl2O3.Collaborazionisperimentalieteorichesonogiàavviate. 8.InquadramentogeneraleLanostraattivitàsiposizionaall'intersezionedellateoriaavanzatadaprincipiprimiel'applicazioneasistemiperl'elettronicaall-oxidedelfuturo.Utilizziamosiametodiconvenzionali(LDA,GGA,GGA+U)chealtripiùavanzati(ibridi,SIC),checipermettonodidescriverematerialicheresistonoaiprimi.Diquestisistemicalcoliamolestruttureeleproprietàelettroniche,ottiche,magnetiche,editrasporto,



usandoancheunanostraversionedellateoriaBloch-Boltzmanndeltrasporto,ealtrimodellidimagnetismocheutilizzanoparametricalcolatiabinitio.Usiamooccasionalmentemodellidifreeenergyperlastabilitàdifase.Unaprimaattivitàriguardamateriali‘visionari’,cheaparteillorointeressedibase,potrebberoaprirenuovestradediapplicazione,adesempioamemorieadaltadensitàemultistato.Unsecondofiloneriguardamaterialimenoavventurosimaugualmentedifficili,gliossidisoluzionesolidaconcationidelgruppoIII,chesonoimportantinell’elettronicadipotenzaenell’otticaUV.9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiFerroelettricimetalliciIferroelettricisonocaratterizzatidainstabilità(tipicamentefononiche)cheproduconounmomentodidipolopermanente.Unadomandaannosachestiamoaffrontandoèsequesteinstabilitàsopravvivonoseilmaterialevienedrogatoconcarichelibere,,trasformandosigradualmenteinunsemiconduttoredegenereocattivometallo,efinoachelivellodidrogaggio.Unadomandacorrelatamadistintachestiamoconsiderandoè:esisteunmaterialenativamenteferroelettricoealcontemponativamentemetallicoinfasesingola?Èdifficilefareprevisionisutempiemodidellaricerca,chesonocompletamenteimprevedibilialmomento;alcunielementipreliminarisuggerisconobuonepossibilitàdiottenereunapredizioneperunafasestabileintempinonlunghi,esperabilmenteunasuaverificasperimentaleentrolafinedeltriennio16-18.Stabilitàdifasedileghediossidisemiconduttoriperl’elettronicaUVGliossidisemiconduttoriwide-gapGa2O3eIn2O3sonodigrandeinteresseperl’elettronicaUVevisibilerispettivamente.UnterzoingredientepurediinteresseèAl2O3.Leleghechequesticompostiformanopermettonodicombinarneleproprietàapiacere.Lamiscibilitàdeicompostiagenericaconcentrazioneèmoltopoconota,soprattutodatocheitrecompostisonocaratterizzatidadiversestrutture,eovviamentenullasisasullestruttureadottateinfunzionedelleconcentrazione.Ilnostroobiettivoèesplorareilproblemaconmodellifree-energycalcolandol’energiaabinitio,echiarirelasituazioneperGaInOesuccessivamenteperGaAlO.Naturalmenteilproblemaèdilungalena,datochecisonotrestruttureincompetizioneperilsoloGa2O3,pernonparlaredelpradigmaticamentepolitipicoAl2O3.Neltriennio16-18contiamodiottenereunquadroragionevolmentecompletodeldigrammadifasedelledueleghe.ProprietàotticheeanisotropiainGa2O3e(GaInAl)2O3

Quelleottichesonountipicoesempiodiproprietàaggiustabiliconlacomposizionedelleleghedisemiconduttori.Comealpuntoprecedente,cisiscontraconilfattochelediversestrutturecristallograficheproduconodiversestruttureelettroniche.NelcasodelGa2O3,adesempio,ènotoilfenomenodell’anisotropiadell’assorbimentoottico,malasuaorigineèignota(estiamolavorandoci):lostessofenomenopotrebbepresentarsi,moltoprobabilmenteinformaulteriormentecomplicata,infunzionedellaconcentrazionenellelegheternarie.Anchequestoèunnostrooggettodistudioperiltriennio16-18.



1.TitolodellalineadiricercaProblemid’interessebiologicoefarmacologico:studiocontecnichecomputazionali 2.Responsabili PaoloRuggerone3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati PaoloRuggerone Ricercatori AndreaBosin, GiulianoMalloci, Attilio V.

Vargiu Assegnisti GiovanniSerra Dottorandi RamaswamyVenkataKrishnan


PE3_19 LS2_11 PE4_13

5.Parolechiave Resistenzabatterica Proteine Simulazioni

6.Collaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricerca

• DipartimentodiScienzedellaVitaedell’Ambiente,UniversitàdiCagliari • JacobsUniversity,Brema(Germania)• UniversityofBerkeley,Berkeley(USA)• GoetheUniversität,FrancofortesulMeno(Germania)• UniversityofBirmingham,Birmingham(UK) • UtrechtUniversity,Utrecht(NL)• WeizmannInstituteofScience,Rehovot(Israel) • UniversitéPierreetMarieCurie-Sorbonne,Parigi(F) • BasileaPharamceuticaLtd.,Basilea(Svizzera) • MicrobiotixInc.,Worcester(USA)• AngeliniFarmaceutica,Pomezia(IT)

7.Riassunto Nei prossimi anni continueremo lo studio dei sistemi di efflusso batterico, cioè, le proteine checontribuiscono a ridurre la concentrazione di composti antimicrobici nei batteri, applicando varietecniche computazionali e ampliando la tipologia di queste macchine proteiche complesse. Inoltre,estenderemo il database di proprietà chimico-fisiche e dinamiche di composti antimicrobici. Unanuovalineadiricercariguardaleproteineviralicheinibisconol’attivazionedelsistemaimmunitario.Infine,svilupperemounprotocollovoltoamigliorareilpoterepredittivodeldockingmolecolare. 8.Inquadramentogenerale



Lelineediricercapreventivatesicollocanonell’ambitodiprogettinazionali/internazionalifinanziatieprevedonounaforteinterazionecongruppisperimentali.

Lostudiodeisistemidiefflussobattericièmotivatodalcontinuoaumentodellaresistenzabattericaagliantibiotici.Sonopropriotalisistemichecontribuisconoallasopravvivenzadiceppibattericisemprepiùresistenti.Lacomprensionealivellomicroscopicodellorofunzionamentorappresentaunpreziosoaiutoperlasintesidicomposticapacidilimitare,evitare,oinibirel’azioneditalisistemi.

IlsecondofilonediricercariguardaproteineessenzialiperilvirusEbola,viruscaratterizzatodall’estremamortalitàperl’uomo.Loscopoèdiidentificarepossibiliinibitoriditaliproteine,partendoanchequidalleconoscenzemicroscopiche.

Infine,ilterzofilonenascedall’esigenzadiaveretecnichecomputazionalisemprepiùattendibiliperaffrontareiproblemisopradescritti.Inparticolarecioccuperemodisviluppareunprotocolloperaumentareilpoterepredittivoditecnichedimoleculardocking.

9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesi Le attività che svolgiamo si basano sull’uso di varie tecniche computazionali che vannodal dockingmolecolareemetodibioinformaticiatecnichedisimulazionedidinamicamolecolareclassicaemetodiquantistici. Inoltre, viste le dimensioni e le scale temporali delle proteine e dei processi di nostrointeresse, ci prefiggiamo di acquisire familiarità con tecniche coarse-grained per simulare sistemimoltograndipertempilunghi.Piùindettaglio: Resistenzabatterica

a) Studio dei processi di cattura, selezione ed estrusione di composti antimicrobici da parte disistemidi efflussodella famigliaRNDdei batteriE. coli eP. aeruginosa. È prevista una forteinterazioneconpartnerindustriali(2016-2018).

b) Simulazione del processo di assembling delle componenti proteiche del sistema di efflussoRNDdiE.coli(2017-2018).

c) Studiodellecaratteristichestrutturaliedinamichedi sistemidiefflussodelle famiglieMFSeSME, proteine la cui azione è stata proposta essere in sinergia con altri sistemi di efflusso(2017-2018).

d) Sviluppo di un database di proprietà chimico-fisiche e dinamiche di composti antimicrobici.Taledatabaseconterràancheifilenecessaripereseguiresimulazionididinamicamolecolareesaràpubblico(2016-2018).

Proteineviralia) Tramitesimulazionididinamicamolecolareclassicasiidentificherannoiresiduiessenzialiper

l’interazionefralaproteinaVP35el’RNA,interazionecheèallabasedellamancataattivazionedelsistemaimmunitario(2016-2018).

b) Caratterizzazione microscopica dell’interazione fra i residui rilevanti identificati nel puntoprecedenteemolecolechepossonosvolgereunafunzioneinibitrice,impedendolaformazionedelcomplessoVP35/RNA(2017-2018).

Protocollodidockinga) Messaapuntoetestdiunatecnicacomputazionalepergenerarestrutturediproteinesimilia

quelleincomplessoconligandi,mautilizzandostrutturesperimentalidiapo-proteine.Utilizzoetestdidiversiprogrammi“site-finder”chepermettonoditrovaresitiputatividilegamedata



unastrutturadiunaproteinaeinassenzadialtreinformazionisperimentali(2016-2017).b) Costruzionediundatabaserelazionaledistrutturediproteinechesaràmessoadisposizione

della comunità scientifica allo scopo di migliorare l’efficienza e la attendibilità del docking(2017-2018).




Settore“FisicadellaMateria”

Sotto-settore02B3"FisicaApplicata"



1.TitolodellalineadiricercaFisicaapplicataallamedicina,biologiaefarmacologia:simulazionidiproprietaditrasportoinporiecanalibiologici2.ResponsabileMatteoCeccarelli3.Partecipanti

Fullprofessors Associateprofessors MatteoCeccarelliAssistantprofessors Andrea Bosin, Mariano A. Scorciapino,

GiulianoMallociPost-docs Igor Bodrenko, Susruta Samanta,

TommasoD’Agostino,GiovanniSerraPhDstudents Silvia Acosta Gutierrez, Dehbia

Benkerrou,AlessandroPira

4.SettoriRicercaERC(EuropeanResearchCouncil)PE3_19 LS1_8 PE4_11

5.Parolechiaveproteinchannels Molecular Dynamics

simulationsRationaldrugdesign

6.Collaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricerca

• JacobsUniversity,Bremen(Germania)• UniversityofSt.Andrews,St.Andrews(UK)• UniversitadiCatania• UniversitadiPadova• CNRGenova

7.RiassuntoNeiprossimiannicentreremolenostrericerchesullostudiodelleproprietaditrasportodiioniepiccolemolecoleattraversomembranedibatterieorganellicellulariall’internodicollaborazioninazionalieinternazionali.

8.InquadramentogeneraleLesfide futuredellamedicina richiedono lo sviluppodinuovestrategie in cui sarapredominante lostudioalivellomolecolarepermegliocomprendereiprocessiaquellascalaeprogettarefarmacipiuefficaci.Nelcampodegliantinfettivic’e’unanecessitaurgentediscoprirenuovemolecolepercombatterequeipatogeni che sono riusciti a sviluppare diverse forme di resistenza. Nel campo dei tumori c’e’ lanecessita di esplorare nuove frontiere a livello cellulare. Entrambi richiedono l’uso combinato diinformazioni a livello biologico e strutturale per permettere una progettazione razionale di nuovi



agentiterapeutici.Ilnostrogruppoe’attivosuquestidueargomentigrazieacollaborazioninazionalieinternazionali, in cui forniamo le nostre competenze sullo studio delle proprieta di trasportoutilizzando simulazioni molecolari. La modellizzazione molecolare, grazie a nuovo hardware ealgoritmi sempre piu sofisticati, riesce oggi ad arrivare alla scala del sub-millisecondo, che vieneconsideratarilevanteperiprocessibiologicialivellocellulare.9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiNelcampodegliantifettivi,ilnostroprimoobiettivoe’capirecomegliantibioticiconcaratterepolarepermeanoibatteriGram-negativi.Conl’usodellamodellizzazionemolecolareandremoadanalizzareilmeccanismodifiltraggiodiunaspecialefamigliadicanaliproteici,leporine,perricavareiparametrimolecolarichemodulanolapermeazionedellemolecole.Unavoltaottenutaunaverificasperimentale,potremoricercaretraicomposticonosciutituttequellemolecolechehannounastrutturaottimaleperlapermeazioneattraversoleporine.Un’altrapossiblestrategiae’quelladiutilizzarequeisistemicheibatteripredispongonopercatturarenutrienti,comeadesempiogliioniferro,perintrodurremolecoleattraversounastrategia“CavallodiTroia”,coniugandogliantibioticiaqueivettoricheleganoilferro.In questo caso si potranno usare antibiotici gia conosciuti, ma che falliscono per problemi dipermeazione.(2progettiEUincorso,1progettoEUsottomesso)Nelcampodellericerchesulcancroilnostroobiettivoprimarioe’distudiareimitocondrieilisosomicome possibili obiettivi di nuove terapie. Questi due organelli giocano un ruolo centrale in diversiprocessi cellulari scambiando ioni e piccole molecole con il citoplasma attraverso canali selettivi.Poichequesti canali sono coinvoltinello sviluppodidiversepatologie, tra lequali i tumori, sonodaconsiderarsideipotenzialiobiettividiterapiefarmacologiche.Allostessotemposonopocostudiati.Inostristudisiincentrerannosuunporodelmitocondrio,ilcanaleVDAC,chesiesprimecon3diverseisoformenellecelluleumane,eilcanaleTPCdeilisosomi,con2diverseisoforme.Lamodellizzazionemolecolare combinata con l’elettrofisiologia (collaborazioni) ci permettera di identificare quelleregioni dei canali che controllano il loro funzionamento e quindi potenziale obiettivo delle terapiefarmacologiche.(1progettoEUsottomesso,1progettonazionalesottomesso)



1.TitolodellalineadiricercaFISICAAPPLICATAALLAMEDICINAEAIBENIARTISTICIEAMBIENTALI

2.Responsabile PaoloRandaccio3.Partecipanti

Professoriassociati PaoloRandaccioRicercatoriTIeTD VivianaFanti

4.SettoriRicercaERC(EuropeanReserachCouncil)PE2_16 Metrology and measurement

LS7_8 Radiation therapy LS7_2 Diagnostic tools (e.g. genetic, imaging)

5.Parolechiave

Dosimetriadelleradiazioniionizzanti

Archeometria Lucedisincrotrone

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaProgettoINFNSYRMA_CT:sezioniINFNdiTS,PI,CA,NA,FE,BO,Elettra,AziendaOspedalieraUniversitariaOspedaliRiunitiTrieste,UniversitàdiSassari.ProgettoINFNAXIOMA:sezioniINFNdiFE,LNL,LNS,NA.PD,PI.7.RiassuntoLalineadiricercasiarticolaindiversisotto-progetti:1. Sviluppoeapplicazionedinuovetecnichedosimetriche.2. Tecnicheperladatazionedirepertiarcheologici.3. Sviluppoditecnichedimammografiatomograficaconlucedisincrotrone.4. SviluppoditecnichespettroscopichesusistemifreddiperlarivelazionediAssioniCosmologici.

8.Inquadramentogenerale1. Nellamodernaradioterapiasihannodistribuzionispazialididosecomplessechenecessitano

losviluppodiversatilidosimetritridimensionaliutilizzabilinell'usoclinicoechepossegganol'accuratezzaelarisoluzionenecessariaallaverificadidistribuzionididosecomplesse.

2. LeceramichecontengonocristallidiSiliceefeldspatichepresentanoilfenomenodellatermoluminescenza.Ireperticeramicisepoltiperlunghiperiodisonosoggettiall'irraggiamentodovutoairadioisotopinaturalipresentinelterreno,comeconseguenzaicristallisuddettiassorbonounadosechepuòesseremisuratatramitelatermoluminescenza.

3. Lamammografiaconlucedisincrotronehadueaspettifondamentali:• laradiazionemonocromaticapermetteunasostanzialeriduzionedidoseinquantolapartedi

bassaenergiadellospettrousatoinmammografiaconvenzionalevienetotalmenteassorbitodaitessutisenzacontributoallaformazionedell'immagine;

• l'elevatacoerenzaspazialedelfasciorendevisibiliglieffettidicontrastodifase,quandoc'èun'adeguatadistanzatraoggettoedetector.Talieffettiaumentanolavisibilitàdeidettaglipiccolie/odibassocontrasto.



4. Sivuolestudiarelafattibilitàdiunsistemadirilevazionediparticellechesfruttaletransizionistimolatedalaserconemissionedifluorescenzaincristallidopaticonterrerare(InfraRedQuantumCounter).

9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesi1. L’attivitàèincentratasullaricostruzionedisezionitomografichedascansioniottichelineari.

Saràcostruitounsistemadiscansionecostituitodaduedistintiapparati:ilprimoperlarotazionedelfantocciocilindricointornoalsuoasse,ilsecondoperlailluminazionedelfantoccioconunfascioparalleloottenutoconunospecchioparabolicoefocalizzatosuunsensoreCCDconunospecchioanalogo.InoltresiintendecaratterizzareildosimetrobasatosurivelatoriOSLD,utilizzatinellaradiologiaenoticomelastreafosfori.

2. Ilnostrogruppohainiziatoun’attivitàdiarcheometriaincollaborazioneconildipartimentodiArcheologiadell'UniversitàdiCagliariutilizzandostrumentazioneeconoscenzenelcampodellaradioattivitàambientaleeladosimetriadelleradiazioni.L’attivitàsièconcretizzatafinorainunatesidilaurea,unatesidiMasterpost-laureaealcunepresentazioniincongressilocali.

3. L'obiettivodiSYRMA-CTèdimantenerelaleadershipitaliananellamammografiaincontrastodifaseestendendoilprogrammaclinicodellalineaSYRMEPallatomografiadellamammella.Lastrutturadellasalaradiologica,giàdisegnataperesserecompatibileconlatomografia,andràadeguataallanuovametodica,cosìcomeilsistemadicontrollodelladoseedell'esecuzionedell'esame.Aspettocriticoperilsuccessodelprogettosaràl'ottimizzazionedosimetricacheimplicalasceltadell'energia(nelrange20-34keV),dellarisoluzionespazialedeldetector(risoluzionespazialedibase65micron),spessoredellafetta(Max2mm),numerodiproiezionitomografiche.Cisiaspettadipotersfruttareancoraglieffetticontrastodifaseperpoteraumentarelavisibilitàdipiccolidettagli(edgeenhancement)odistrutturedibassocontrasto(phaseretrievial).IlgruppodiCagliarisioccupadellaricostruzionedelleimmaginitomograficheedell’ottimizzazionedellaqualitàdelleimmaginealvariaredeiparametridiacquisizione.

4. Siprevedel’utilizzodimaterialedrogatoconlantanidicomescintillatore"coerente",basatosull’amplificazioneperemissionestimolata,perdepositidienergiarelativamenteelevata(peresempioraggiXoparticelleionizzanti).Losviluppodiscintillatoricoerenticonottimarisoluzionetemporaleèutileancheperapplicazionidiversedallarivelazionedimateriaoscura,comeadesempiolaPET,tomografiaademissionedipositroni.




Settore"Astronomia,AstrofisicaeFisicadellaTerraePianeti"

Sotto-settore02C1"Astronomia,AstrofisicaeFisicadellaterraePianeti"



1.TitolodellalineadiricercaStudioteoricoeosservativodiStellediNeutronieBinarieX2.ResponsabiliLucianoBurderi3.Partecipanti

Professoriordinari NicolòD'AmicoProfessoriassociati LucianoBurderiRicercatori AlessandroRiggioAssegnisti AndreaSannaDottorandi FrancescaLoi

SaraLoruFabianaScarano


PE9_10 PE9_11 PE9_13

5.ParolechiaveAstrofisicadelleAlteEnergie Radioastronomia Pulsar

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaDipartimentodiFisica,UniversitàdiPalermoINAFOsservatorioAstronomicodiCagliariINAFOsservatorioAstronomicodiRomaUniversitätErlangen-Nürnberg,Sternwartstraße7,96049Bamberg,GermanyInstitutdeCie`nciesdel’Espai(IEEC-CSIC),Barcelona,Spain7.RiassuntoIprincipalitemidellanostraattivitàdiricercariguardanol'AstrofisicadelleAlteEnergieelaRadioastronomia,einparticolarelostudiodisistemibinaricontenentiunoggettocompatto(stelladineutronidebolmentemagnetizzataounbuconero)eleradiopulsar.LaricercacondottainquestocamposibasaprincipalmentesuosservazioniottenuteconglistrumentimessiabordodisatellitiperastronomiaXegammaeosservazioninellabandaradiodaosservatoriterrestri.

8.InquadramentogeneraleLebinarieXdipiccolamassa(LowMassX-RayBinaries,LMXB)contengonounaStelladiNeutroni(NS)condebolecampomagnetico(<1010Gauss)cheaccrescemateriadaunastellacompagnadipiccolamassa(<MSole).Quasituttetransienti(luminositàinquiescenza:1031-1033erg/s;inoutburst:1036-1038erg/s).Senededucecheiltassodiaccrescimentovariadi5ordinidigrandezza.LeLMXBsonostrettamenteconnesseallePulsarRadioalMillisecondo(MSP),unaclasse,adoggi,di294pulsar



conperiodidirotazioneinferioria10millisecondi.Inbaseallo“ScenariodiRiciclaggio”leMSPsonoNSvecchie,ri-accelerateaperiodidimillisecondidaunaprecedentefasediaccrescimentodimateriaemomentoangolare.QuestoscenarioèstatorecentementeconfermatodallascopertaditreMSPditransizionechealternanofasidiMSPafasidipulsatorialmillisecondoinaccrescimento(AMP),chesonosistemiincuil'emissionediraggiXègeneratadall'accrescimentodimateriasullaNS,modulataallasuafrequenzadirotazione.

9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiLanostraUnitàincludericercatoricongrandeesperienzaintuttelebandediinteresse(raggiX,radio,ottico,gamma),nonchéespertiinevoluzionebinaria.Inparticolarepensiamodiperseguireiseguentiobiettivi:1. AnalisitemporaledifuturioutburstdiAMPondericavareiparametriorbitaliedispinestudiarelaloroevoluzionesecolare.

2. AnalisispettralenellabandaXdelleAMPperdeterminareleproprietàdellaregionediemissione.3. Osservazioni ottichedurante la quiescenzaX delleAMP, quando la luminosità di accrescimento èesaurita mentre l'elusiva emissione del dipolo magnetico ruotante è riprocessata dalla stellacompagna(cheagiscecomeunbolometro)nellabandaottica.

4. Osservazioni radio in quiescenza delle AMP per individuare pulsazioni coerenti che, pur a lungocercate,nonsonostatetrovateatutt'oggi.

5. SviluppodimodelliteoricievolutividiLMXB,AMPeMSP.Inquestocampointendiamoesplorareilruolo della pressione di radiazione dell'emissione di dipolo magnetico ruotante che e' statotrascuratonellamaggiorpartedegliscenarievolutivipropostifinoadoggi.

6. La Pulsar Doppia costituisce il miglior banco di prova per le teorie gravitazionali. Intendiamodunqueportare avanti le osservazioni di timing di questo oggetto con lamiglior strumentazionedisponibile. Ciò permetterà di compiere test senza precedenti della relatività generale epossibilmentedivincolarel'equazionedistatoperlamaterianucleare.

7. NelquadrodellacollaborazioneEPTA(EuropeanPulsarTimingArray), saremo inprima lineanelcondurreunesperimentosenzaprecedenti, checombinerà lecapacitàosservativedeipiù'grandiradio telescopi europei. Ciò permetterà di determinare con grandissima accuratezza i tempi diarrivodegliimpulsidelleMSPosservate,aprendolastradaallaprimarivelazionedirettadelfondocosmologicodiondegravitazionali.

8. I radiotelescopi dell'EPTA saranno altresì sfruttati per compiere osservazioni a più lunghezzed'ondadiunampiocampionediMSPeclissanti.EssegiocanounruoloprimarioneglistudievolutividelleMSPenellaformazionedelleMSPisolate.

9. Nel contesto della collaborazione HTRU (High Time Resolution Universe) e SUPERB (SUrvey forPulsars&ExtragalacticRadioBursts),condurremoinoltreunaricercaultra-profondadiMSPpressoilradiotelescopiodiParkes, .AlcunedellanuovescopertesarannoutiliperiPulsarTimingArray,altre potranno diventare ulteriori laboratori di relatività generale, altre saranno utilizzate perstudiarelaformazionediMSPisolateoperindagarelaconnessionefraAMPeMSP.

10. Idatabasedei satellitiAGILEeFermisarannosfruttatiper caratterizzare lepulsargammaradioemittenti, con lo scopo (i) di indagare sulla elettrodinamica delle stelle di neutroni"rotation-powered"e(ii)diidentificarepulsarpeculiariconproprietàfisicheditransizionerispettoaaltreclassidistelledineutroni.



11. Condurremounprogrammadiosservazione(dallabandaradioaquellagamma)permisurareglispettri risolti spazialmente di un campione di Resti di Supernova e di PulsarWind Nebulae (inparticolare determinare gli indici e i break nello spettro di sincrotrone). L'obiettivo è quello diriuscire finalmente a determinare se l'emissione d'alta energia da queste strutture estese siainterpretabileconmodellicoinvolgentileptoniovveroadroni.




Settore"ChimicaGeneraleeInorganica"

Sotto-settore03B1"Fondamentidellescienzechimicheesistemiinorganici"



1.TitolodellalineadiricercaCaratterizzazione strutturale e sviluppo di peptidi antimicrobici e loro analoghi sintetici 2.ResponsabiliProf.MarianoCasueDott.MarianoAndreaScorciapino3.Partecipanti

Professoriordinari Professoriassociati MarianoCasuRicercatori MarianoAndreaScorciapinoAssegnisti Dottorandi AlessandroPira,IlariaSerra


PE4_13 PE4_1 PE4_3

5.Parolechiave

Peptidi Struttura Spettroscopia

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaProf.ssa Paula Gameiro, Departamento de Química e Bioquímica da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. L'esperienza di questo gruppo di ricerca permetterà di approfondire alcuni aspetti legati all'indagine del meccanismo d'azione dei peptidi, quali: studio della mobilità laterale dei lipidi di membrana durante l'interazione con il peptide,determinazione del grado di inserimento del peptide in membrana, determinazione quantitativa delle costanti di ripartizione acqua-lipidi relative ai peptidi. 7.RiassuntoLa ricerca comprende lo studio dei principi che sottendono l'interazione tra peptidi antimicrobici (AMPs) cationici e la componente fosfolipidica della membrana citoplasmatica di batteri e funghi patogeni, essendo la membrana un obbiettivo primario del meccanismo microbicida dei AMPs. 8.InquadramentogeneraleOggigiorno, la resistenza batterica agli antibiotici rappresenta uno dei più urgenti problemi di sanità pubblica mondiale, ed è associato a mortalità e costi elevati. Oltre alle resistenze classiche, acquisite ormai dalla stragrande maggioranza dei patogeni, il problema è accentuato dall’aumento delle infezioni sostenute dai batteri in grado di formare biofilm, in seguito alla colonizzazione di superfici non fisiologiche dell’ospite, e.g. strumenti chirurgici e protesi impiantabili, che costituiscono fino al 60% delle infezioni ospedaliere e per le quali le terapie antibatteriche convenzionali non risultano efficaci. Allo stesso tempo la resistenza agli antibiotici non è stata compensata dall’introduzione di nuove molecole nell’arsenale terapeutico, ed è quindi necessario che strategie alternative si affianchino a quelle tradizionali per trovare nuovi farmaciantibatterici, urgentemente richiesti soprattutto per i patogeni Gram-negativi.



9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiIl punto di partenza del progetto è lo studio sistematico di diversi analoghi del SB056, un peptide dendrimerico, progettati al fine di valutare l’effettivo ruolo dei diversi parametri che caratterizzano la classe di questi peptidi, per giungere ad una più profonda conoscenza del loro effettivo meccanismo di azione. Lo studio sarà concentrato principalmente sulla determinazione del meccanismo di interazione peptide/membrana, ma parte della ricerca sarà dedicata anche alla valutazione dell’attività antimicrobica in vitro dei peptidi sintetizzati rispetto all'originale. Su questi peptidi verranno svolte delle indagini approfondite combinando tecniche sperimentali e di modelling, per meglio comprendere il meccanismo d’azione e la funzione delle diverse unità funzionali, la coda e le unita peptidiche. L’ottimizzazione avrà come obiettivi (i) la lunghezza, (ii) e le insaturazioni della coda, (iii) l’interscambio dei residui carichi Lisina e Arginina all’interno delle catene, (iv) la modulazione della carica netta delle catene. In particolare, la spettroscopia di fluorescenza sarà utilizzata per raccogliere informazioni sull'associazione peptide/membrana. La formazione di pori, l’attività fusogenica e di sequestramento di lipidi anionici, verrà studiata per distinguere tra i possibili meccanismi generali proposti per gli AMP. Uno studio combinato NMR/MD fornirà dettagli a livello atomico come la struttura dei peptidi, l’aggregazione, l’interazioni peptide/lipidi, il possibile inserimento del peptide nella membrana o qualsiasi perturbazione della membrana, permettendo di mettere in luce il meccanismo d'azione di queste particolari molecole e la funzione delle diverse unita funzionali del DP, la coda e le catene. Da un punto di vista scientifico, il presente progetto, permetterà di mettere in evidenza le potenzialità applicative dei peptidi dendrimerici con particolare riguardo alla loro intrinseca modulabilità, gli studi sulla loro struttura, orientamento e organizzazione in ambienti di membrana modello che forniranno informazioni essenziali sui meccanismi microscopici, il riconoscimento peptide-peptide all'interno della stessa e aspetti fondamentali per la comprensione del loro meccanismo d'azione. Questi studi forniranno alla comunità scientifica una migliore comprensione delle caratteristiche strutturali e funzionali da cui dipende l'efficacia e la selettività di questi peptidi antibatterici / antivirali.1.TitolodellalineadiricercaControllo delle proprietà ottiche di materiali funzionali basati su complessi di metalli d- e f- 2.ResponsabiliPaolaDeplano3.Partecipanti

Professoriordinari PaolaDeplanoProfessoriassociati M.F.CasulaRicercatori AngelaSerpe,LucaPilia(ricA)Assegnisti FlaviaArtizzu,DavideEspaDottorandi SalahudinAttar




Pe5_9 PE2_9 PE5_6

5.ParolechiaveChimicadiCoordinazione Ottica MaterialiMolecolariOrganizzati

6.CollaborazioninazionaliointernazionalisuquestaspecificaricercaNumerose collaborazioni internazionali (A. Cannizzo, Berna; A. Vleck, Univ. of London Queen-MaryCollege;B.Dietzek,FriedrichSchillerUniv.,Jena,Germany,…)principalmenteall’internodelprogettoCOST Action CM1202 “Supramolecular photocatalytic water splitting” . Numerose collaborazioninazionali (D.Roberto,M.Pizzotti,UNIMI;(Istit.Sup.Comunic.e Tecn. Inform.); (L.MarchiòUNIPR).Collaborazionilocaliall’internodelDipartimento.7.RiassuntoIl progetto ha come obiettivo la progettazione/sintesi/processamento di molecule fotoattive basate su complessi di metalli d e f e lo studio del modo in cui il contorno molecolarediunsitofoto-attivopossaesseremodificatopermodulareecontrollareselezionatefunzioniindottedallaradiazionecomel’otticanonlinearedelsecondoordine (NLO), luminescenza e attività foto catalitica per la produzione di H2 da solventi acquosi.

8.InquadramentogeneraleMaterialimolecolariesupra-molecolarifoto-attivisonooggettodigrandeinteresseconlafinalitàdicomprenderelafoto-fisica-chimicadisistemimolecolaricomplessi,responsabiliditrasferimentodienergia,separazionedicarica,trasferimentoelettronico,eisomerizzazioneincromoforiinteragenticonunambientemolecolarecapacedireplicaresisteminaturali.Questisistemisonocostituitidauncromoforodispersoinunmezzomolecolarenon-continuoecomplesso.L’ambientemodulaomodificalarispostadelcromoforoall’assorbimentodellaluceinmodospecifico.Inquestocontesto,icomplessimetallicichefunzionanodaNLO-foriswitchabilidelsecondo-ordine,dafotocatalizzatoriper la produzione di H2 da solventi acquosieaventiproprietàdiluminescenza(compresalazonaspettraledelNIR)sonoparticolarmenteappetibiliinrelazionealladisponibilitàdimetodologiechimicheversatili,sostenibilieabassocostoperl’ottenimentodelleloroproprietàchimico-fisiche.

9.Descrizionedellaricerca,tempisticaerisultatiattesiLaricercasaràarticolatainduefasi-anni.Fase1):Preparazioneecaratterizazionedi:a)cromoforidiotticadi secondoordinenon linearebasatosumetallod8ditiolenieterolettici redoxoprotonNLO-switchabili; complessi multinucleari di metalli f e d/f metals. Preparazione e caratterizzazione dicomplessi luminescenti basati suditioleni omolettici dimetalli d8 da studiare come fotocatalizzatoriper la produzione di H2 da solventi acquosi. Preparazione e studio delle proprietàluminescenti di complessi lantanidi multinucleari. Fase 2) L’ attività sarà indirizzata al processamento delle specie molecolari in strutture organizzate. Gli NLO-fori



saranno incorporati e polarizzati in matrici organiche o inorganiche, o su supporti ottici trasparenti, in presenza di un campo elettrico polarizzante e di un appropriato trattamento termico, o per self-assembling. L’effetto di sostituenti chirali sulla organizzazione molecolare nano- e cristallina e quindi sul responso NLO, sarà studiato mediante la tecnica Kurtz-Perry. Le misure NLO saranno eseguite all’ Università di Milano. Leproprietàdeicomplessiluminescentisaranno investigate in matrici ottenute con metodi sol-gel. Verrà investigate la capacità di questometododiprodurrefilmestratiotticamentetrasparenticoncaratteristichemodulabili.L’attività foto catalitica per la produzione di H2 sarà studiata in collaborazionecolProf.BenjaminDietzek presso l’InstituteofPhysicalChemistry,FriedrichSchillerUniversity,Jena,Germany.

Risultati attesi1)ottenimentodi: a) complessi con responsoNLOaltoe/omodulabile;b) complessiconproprietàmultifunzionali (e.g.NLOe luminescenza);c)complessicomefotocatalizzatoriper la produzione di H2; 2a) processamento come films sottili dei complessi più promettenti, 2b)comprensionedegliaspettigmolecolariecooperativicapaciditrasformaremolecolecollettiveinundispositivootticamenteattivo.

UNIVERSITÀ di CAGLIARI Dipartimento di Fisica · 2017. 6. 16. · UNIVERSITÀ di CAGLIARI...

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