La comprensione delle relazioni proprietà-struttura è d’importanza fondamentale per la progettazione di nuovi materiali. Nel nostro gruppo, si impiegano vari modelli per studiare la struttura elettronica di materiali inorganici e ceramici in combinazione con tecniche quantomeccaniche di grande accuratezza. Il ruolo della teoria assume particolare importanza nello studio di difetti puntuali, impurezze, siti attivi e gruppi funzionali di superfici, fenomeni come il chemisorbimento di atomi e molecole, film ultrasottili, particelle supportate, interazioni luce-materia, nonché per l’interpretazione di varie spettroscopie quali IR e RAMAN, assorbimento e fotoemissione di raggi X, EPR e NMR, transizioni ottiche, STM, ecc.

I film ultrasottili di ossidi cresciuti su supporti metallici rappresentano una nuova classe di materiali con proprietà inaspettate. La nostra attività in questo campo è volta alla determinazione delle loro proprietà elettroniche e strutturali: cambiamenti della funzione lavoro, presenza di difetti o successioni regolari di siti di adsorbimento e reazione, ecc.

Le nanoparticelle metalliche sono di grande interesse come modelli di catalizzatori supportati. Studiamo le interazioni e la stabilizzazione di particelle metalliche legate a specifici siti di supporto, come vacanze di ossigeno, o altri difetti. SIamo interessati alla possibile alterazione della struttura elettronica di particelle metalliche, legate a film ultrasottili, dovuta a fenomeni di tunnel elettronico dal supporto metallico (trasferimento di carica, alterazioni della forma e della reattività, ecc.). Studiamo anche la reattività di particelle supportate in stadi elementari di reazioni catalitiche.

Studiamo la natura di difetti puntuali in ossidi comunemente usati come materiali per fotocatalisi, fotoelettrochimica, microelettronica, ottica delle fibre, ecc., con particolare riferimento a TiO₂, ZnO, WO₃, SiO₂, ossidi di metalli alcalino-terrosi, in forma sia cristallina che amorfa. La nostra attività è orientata a determinare stabilità, struttura e proprietà spettrali di difetti puntuali intrinseci ed estrinseci (vacanze, droganti metallici e non metallici, co-drogaggio, ossidrilazione, elettroni intrappolati, ecc.), nonché la loro mutua interazione in processi di trasferimento di carica. Particolare attenzione è dedicata allo studio di assorbimenti ottici per l’attivazione sotto irradiazione nel campo del visibile e alla risonanza elettronica di spin per l’identificazione di centri paramagnetici.

Le eterogiunzioni tra semiconduttori (ossidi in particolare) sono una classe di nuovi materiali oggetto di crescente attenzione nel campo della fotocatalisi. Questa linea di ricerca è finalizzata alla descrizione accurata dell’allineamento tra livelli elettronici, dei fenomeni di trasferimento di carica e della separazione di portatori di carica alla giunzione per mezzo di calcoli di tipo DFT.

Prof. Gianfranco Pacchioni
Prof.ssa Livia Giordano
Dott. Giovanni Di Liberto
Prof. Sergio Tosoni

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• Accesso ai supercalcolatori del CINECA garantito mediante un accordo tra il CINECA e l’Università di Milano Bicocca e tramite la stesura di progetti di ricerca valutati da un comitato scientifico indipendente.