Teoria e Simulazione di Materiali Organici Funzionali

Temi di ricerca

La nostra ricerca si occupa di un ampio spettro di fenomeni fondamentali (riguardanti le proprietà elettroniche, eccitoniche, vibrazionali e dielettriche) che sono alla base dell'applicazione dei materiali organici in settori come l'elettronica flessibile, la fotonica e le tecnologie per la generazione di energia. Siamo specializzati nella teoria, modellizzazione e simulazione di materiali funzionali costituiti da molecole e polimeri organici. Utilizziamo una combinazione sinergica di tecniche classiche e quantistiche all'interno di un approccio multiscala. Questo ci permette di fare da ponte tra il rigore delle scienze fisiche e l'obiettivo ambizioso di descrivere quantitativamente la complessità chimica e strutturale dei materiali e dei dispositivi reali. Ecco una panoramica sulle nostre principali linee di ricerca e competenze

Trasporto di Carica

Studiamo i meccanismi fondamentali del trasporto di carica nei materiali organici, investigando il ruolo cruciale del disordine energetico, delle vibrazioni reticolari e delle interazioni Coulombiane sia nei semiconduttori intrinseci e dopati. Siamo affascinati dalla fisica complessa realizzata nei “Organic Mixed Ionic-Electronic Conductors” (OMIECs), una classe di materiali emergenti che trasportano sia elettroni che ioni. Questa caratteristica unica rende gli OMIECs estremamente promettenti per applicazioni in ambiti quali la termoelettricità, la bioelettronica ed i sistemi neuromorfici. La nostra ricerca mira a derivare principi guida volti ad ottimizzare le proprietà di trasporto, ma anche a svelare la ricca fisica a molti corpi che emerge ad alta densità di carica e ioni.

Fotovoltaico

La nostra ricerca contribuisce a concretizzare la promessa di ottenere energia pulita da materiali organici flessibili ed economici. A tal fine, studiamo le eccitazioni elettroniche in sistemi molecolari complessi, offrendo una comprensione approfondita dei processi di separazione di carica fotoindotta e di perdita di energia. I risultati della nostra ricerca ci permettono di definire principi di design razionale e proporre nuove architetture per lo sviluppo di celle solari organiche ad alta efficienza.

Modellizzazione Multiscala 

Siamo specializzati nella descrizione dei fenomeni elettronici nei materiali organici mediante una combinazione sinergica di tecniche teoriche e computazionali che coprono e collegano tra loro diverse scale spaziali e temporali. Integriamo simulazioni di dinamica molecolare, metodi ab initio a molti corpi, modellizzazione elettrostatica e Hamiltoniane modello per descrivere fenomeni macroscopici a partire da principi primi.

Sviluppiamo modelli classici per descrivere in modo accurato fenomeni elettrostatici a lunga portata in sistemi molecolari polarizzabili, e ne studiamo l'impatto sul panorama energetico dei portatori di carica ed energia. I nostri modelli polarizzabili atomistici sono accoppiati a metodi ab initio a molti corpi (formalismi GW e Bethe-Salpeter), fungendo da “embedding” classico nel quadro di una metodologia quantistica/classica multiscala (QM/MM). Ciò consente una descrizione accurata, informativa, e computazionalmente conveniente delle eccitazioni elettroniche in materiali molecolari complessi.