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Previsione Attività
Commessa
Nanoingegneria chimica computazionale e strutturale (NICCS)


  anni:  2006   2007   2008   2009   2010   2011   2012   2013   2014   2015 

Previsione attività anno 2009

Stato avanzamento attività per l'anno 2009
Attività da svolgere:
MODULO 1 - Verranno effettuati l' aggiornamento e l'ottimizzazione del codice PAMoC (Properties of Atoms and Molecules in Molecular Crystals) con particolare riferimento agli algoritmi per il calcolo delle energie di interazione di sistemi molecolari in fasi condensate. A questo scopo verranno affrontate le seguenti tematiche: (a) Calcolo di integrali Coulombiani nello spazio a 6 dimensioni, (b) Definizione di algoritmi approssimati che consentano una valutazione accurata dell'integrale di Coulomb con tempi di calcolo sufficientemente ridotti, in modo da consentire applicazioni di interesse biologico e farmacologico (interazione farmaco-recettore, progettazione di farmaci) e tecnologico (previsione della struttura dei cristalli, progettazione di macchine molecolari), (c) Definizione di un insieme di parametri atomici per un'accurata previsione delle interazioni di scambio-repulsione e di dispersione. Tale attivita' si prefigge lo scopo di definire un protocollo per il calcolo accurato delle energie di interazione intermolecolare e, in particolare, delle energie di coesione dei cristalli, utilizzando metodi di analisi di densita' elettroniche sperimentali (ottenute esperimenti di diffrazione di raggi X a bassa temperatura) e teoriche. MODOLO 2 - Verranno proseguiti gli studi teorici su sistemi push-pull in grado di agire come accettori e donatori di legami ad alogeno. In particolare verranno esaminati composti derivati del trans-stilbene dove verranno variate le dimensioni e la natura del ponte pi-greco che collega i gruppi push e pull della molecola. Si determineranno quindi le proprietà spettroscopiche e NLO di detti sistemi, che verranno messe in relazione con i corrispondenti risultati sperimentali ottenuti presso il Dipartimento di Chimica Inorganica, Metallorganica e Analitica dell'Università degli Studi di Milano. Nell'ambito della collaborazione con il Nanostructured Fluorinated Materials Laboratory del Politecnico di Milano, proseguiranno gli studi sul legame ad alogeno, in particolare con accettori ionici quali alogenuri, particolarmente interessanti per la varietà e la robustezza delle interazioni a cui danno luogo. Verranno esaminate anche molecole contenenti sia l'accettore che il donatore di legame ad alogeno, in grado quindi di costituire strutture polimeriche. MODULO 3 - Proseguimento attività secondo le linee del 2008, con probabile minore enfasi sui materiali termoelettrici (messi momentaneamente in stand-by) e PCM. Possibile inizio di lavori sui materiali Half_heussler per spintronics. Completamento interfaccia tra codici CRYSTAL 2006 e TOPOND 1998. Probabile sviluppo lavoro su descrittori di legame H in monosaccaridi. Cura, in qualita' di editor, e scrittura di un capitolo del libro "Modern Charge Density Analysis" , Springer : il draft del libro, secondo contratto, dovrà essere consegnato alla casa editrice Springer a fine 2009. MODULO 4 - Si vuole continuare a focalizzare l'attenzione sulla struttura elettronica, sull'energetica e sulle proprietà dinamiche di un atomo di idrogeno quando interagisce con vari composti grafitici. In particolare, si vogliono effettuare studi strutturali su Grafene, Grafene NonoRibbons (GNR) e Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH ), anche funzionalizzati, per mezzo di calcoli First Principles DFT periodici molto accurati (utilizzando slab di dimensioni maggiori) e, ove possibile, di calcoli ab initio post-HF (Multi Reference Many Body Perturrbation Theory, MRMBPT).
Punti critici e azioni da svolgere:
MODULO 1 - Al fine di verificare gli algoritmi programmati in PAMoC e per ottenere i valori delle quantita' atomiche e molecolari necessarie per parametrizzare le procedure approssimate di calcolo "veloce" delle energie di interazione, sara' necessario effettuare calcoli ab initio di sistemi sia isolati che periodici con metodi DFT e TD-DFT (quest'ultimo limitatamente al calcolo dei coefficienti di dispersione). Lo studio offrira' la possibilita' di verificare l'auspicata sinergia di tecniche e risultati sperimentali e teorici nella determinazione di grandezze di elevato interesse applicativo, quali le energie di interazione molecolare. MODULO 2 - I principali punti critici riguardano la gestione e manutenzione del diffrattometro APEX con cui si effettuano gli studi strutturali. In particolare il problema attualmente più acuto continua ad essere quello relativo alla raccolta di dati a basse temperature, indispensabile per quasi tutti i lavori che intendiamo portare avanti. Infatti, il criostato OXFORD CRYOSYSTEM, attualmente in uso, ha già manifestato problemi di stabilità, ed essendo ormai fuori produzione da alcuni anni dovrà essere presumibilmente sostituito. Fra l'altro il consumo di azoto liquido in questo strumento rappresenta la voce più costosa della gestione del laboratorio raggi X (negli ultimi anni il consumo è stato di circa 4000-5000 litri di azoto liquido/anno). Attualmente la OXFORD CRYOSYSTEM sta immettendo sul mercato un nuovo sistema che, a parità di prestazioni, consuma circa il 60 % di azoto liquido rispetto ai sistemi tradizionali. Inoltre la stessa ditta produrrà un sistema che consuma ancor meno (con utilizzo aria compressa) ma con temperature di esercizio che non potranno scendere sotto i 190-200 K. Si tratterà quindi di valutare se sostituire e con quale sistema l'attuale criostato. MODULO 4 - Punti critici potrebbero essere quelli che si incontrano frequentemente quando si effettuano calcoli DFT e ab initio di accuratezza elevata su sistemi complessi come quelli che qui vengono trattati. In generale, e' quasi sempre possibile, con varie tecniche già sperimentate, superare le criticità. Per quanto riguarda le simulazioni dinamiche, si potrebbero presentare dei problemi di precisione numerica, pur utilizzando computer paralleli con processori 64-bit.
Risultati attesi nell'anno:
MODULO 1 - I risultati saranno riassunti in una o piu' pubblicazioni su riviste internazionali e riguarderanno la determinazione delle energie di interazione intermolecolare e di coesione dei cristalli dei seguenti sistemi: a-glycine, l alanine, dl-alanine, 3,4-bis(dimethylamino)-3-cyclobutene-1,2-dione, austdiol, e l'antagonista non-peptidico dell' angiotensina II LR-B/081 o milfasartan. MODULO 2 - (a) Proprietà strutturali, elettroniche, ottiche e di conduzione elettrica delle strutture studiate, (b) Pubblicazioni su riviste internazionali ad alto impact factor, (c) Comunicazioni a congressi internazionali e nazionali, (d) Possibili brevetti, (e) Contributi a libri. MODULO 3 – (a) Possibile proseguimento del lavoro su fase del B ad alta pressione (19-79 GPa), come esempio della necessità di un'analisi critica e attenta delle relazioni tra trasferimento di carica, densità di interazione e variazione delle proprietà di legame. (b) Proseguimento e completamento del lavoro proprietà vibrazionali della fase stabile del Ge2Sb2Te5. (c) Proseguimento e completamento del lavoro relativo all'analisi, tramite funzione sorgente, del bias introdotto sulla densità elettronica da modelli multipolari di analisi dei dati di diffrazione a raggi X. (d) Scrittura capitolo per libro "Modern Charge Density Analysis" e completamento lavoro di editor dello stesso libro. MODULO 4 - L'obiettivo principale e' quello di ottenere, con calcoli DFT sul sistema H-grafene e con calcoli post-HF su alcuni sistemi H-PAH le informazioni energetiche, strutturali ed elettroniche necessarie per la costruzione di un potenziale modello fisicamente realistico da utilizzare in simulazioni di dinamica quantistica. Le simulazioni dinamiche verranno effettuate con il metodo Wave Packet Quantum Dynamics (WPQD) sulla reazione di formazione diretta (Eley-Rideal) di idrogeno molecolare e la diffusione via tunneling degli atomi di idrogeno adsorbiti. Si terrà anche conto dell'effetto "bagno termico" che la superficie dei composti grafitici studiati esercita sulla dinamica di reazione tramite l'approccio Local Coherent State Approximation (LCSA) sviluppato nell'ambito del Modulo in questi ultimi anni e che ha finora dato buone risposte. Verranno anche effettuati confronti con i risultati ottenibili con Multi Configuration Time Dependent Hartrre Fock (MC-TDHF), un metodo di dinamica quantistica piu' accurato ma applicabile a sistemi di complessita' più limitata rispetto al metodo LCSA.
Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate:
MODULO 2 - Il lavoro verrà in parte finanziato dalla fondazione CARIPLO tramite il progetto 'Materiali nanostrutturati autoassemblati: una strategia per il controllo delle proprietà elettroottiche', in collaborazione con il Politecnico di Milano e il Dipartimento di Chimica Inorganica, Metallorganica e Analitica, Università degli Studi di Milano. Il cofinanziamento garantito al CNR-ISTM è di 58.300 € per il periodo 01.09.2007-31.8.2009. Il MODULO 2 ha inoltre partecipato come sottounità dell'Unità di Ricerca coordinata dal Prof. G. Ferraris (Università degli Studi di Torino) ai progetti MIUR PRIN 2007 sul tema: 'Modularità: una chiave per analizzare strutture complesse' (coordinatore nazionale: Prof. S. Merlino, Università degli Studi di Pisa). L'Unità di Ricerca ha ottenuto un finanziamento di 36500 Euro. Verra' inoltre presentata domanda di cofinanziamento, nell'ambito dei Programmi di Ricerca Scientifica di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) 2008, per il seguente Progetto: 'Autoassemblaggio di microarrays molecolari fluorurati per applicazioni ottiche ed elettroniche' (Responsabile Unità di Ricerca: Prof. G. Resnati, Politecnico di Milano) MODULO 3 - Presentato progetto per un International Center of Material Crystallography nel maggio 2008 (sede Aarhus University e iNANO Center, Danimarca, responsabile Prof. Bo Iversen; cooperazione internazionale tra Bo Iversen, iNANO Center e Aarhus University Denmark, Masaki Takata, Direttore della Ricerca del Spring-8 synchrtron centre, Japan, Prof. Mark Spackman, University of Western Australia, Perth, Dr. Carlo Gatti, CNR-ISTM, Milano, Prof. Dietmar Stalke, Istituto di Inorganica Chimica Goettinger, Germania, Dr. Bryan Choumakos , Spallation Neutron Source , Oak Ridge National Lab, USA, Dr. J. Vicaro, CARS, Advanced Photon Source, USA). Attualmente in attesa di risposta dal Danish National Reserach Foundation. Il responsabile del MODULO 3 è uno dei 6 membri richiedenti. Valutazione dei referee già ricevuta e particolarmente positiva. Se accettato sono previsti 1-2 dottorati di ricerca a Milano finanziati per 3 annni dal Danish Research Council. MODULO 4 - Presentazione di proposte di finanziamento al MIUR nell'ambito della iniziativa PRIN, alla Fondazione CARIPLO e all'Università degli Studi di Milano.
 
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