Nel corso degli ultimi anni, il campo delle nanotecnologie si è dimostrato essere di importanza cruciale nell'ambito di numerose applicazioni. Tra le nuove strutture molecolari proposte in questo settore, quelle basate su nanotubi di carbonio si presentano sicuramente tra le più interessanti. In particolare, le indagini più recenti tendono a focalizzarsi sulla funzionalizzazione dei nanotubi di carbonio, ovvero sulla progettazione di sistemi nanostrutturati nei quali le proprietà chimico/fisiche possono essere modulate mediante l'interazione con altre molecole. Una possibile strada per la funzionalizzazione può essere intrapresa estendendo il concetto di legame metallo-legante al caso dei nanotubi di carbonio. Le vaste possibilità offerte dalla chimica dei metalli di transizione consentono infatti una modulazione a grana fine delle proprietà del sistema complessivo, come ad esempio proprietà elettriche e di conducibilità. D'altra parte, la modificazione delle proprietà dei nanotubi di carbonio in seguito all'interazione con agenti esterni può essere sfruttata anche per la progettazione di dispositivi di interesse tecnologico, come ad esempio sensori nanostrutturati (Fig. 1). Metodi teorici accurati, basati sulla meccanica quantistica, permettono di comprendere nel dettaglio i processi che sono alla base dell'interazione tra i nanotubi di carbonio e le molecole esterne, al fine di poter progettare e sintetizzare dispositivi sempre più efficienti.
Un altro settore che ha ricevuto recentemente un interesse notevole è quello delle macchine e dispositivi molecolari. Questi sistemi sono in grado di compiere movimenti meccanici a livello molecolare o semplicemente cambiare alcune delle loro proprietà in base ad input esterni. Anche in questo caso, le indagini teoriche possono fornire un contributo fondamentale sia nella comprensione del meccanismo di funzionamento delle macchine e dispositivi molecolari sia nella fase di "design" di tali sistemi, al fine di ottimizzarne le prestazioni. Molecole come i catenani ed i rotassani sono sicuramente tra le più interessanti in quest'ambito e le indagini teoriche sono principalmente rivolte ad esse. In particolare, le simulazioni riguardano lo studio del meccanismo di "switching" tra le possibili conformazioni del sistema in base ad un input esterno (Fig. 2). Date le notevoli difficoltà computazionali nel riprodurre accuratamente processi di questo tipo, i metodi impiegati si basano su tecniche sviluppate recentemente per lo studio dinamico di eventi rari. Le simulazioni consentono di definire l'energetica dei processi di switching ed i dettagli microscopici del meccanismo, fornendo quindi informazioni utili per studi ulteriori su questa classe di sistemi e nella fase di progettazione molecolare.
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