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STIMOLA CURIOSITA’, PASSIONE E CORAGGIO

Struttura, dinamica e termodinamica di sistemi nanostrutturati e biofisici

Cluster di dipartimento

Fisica teorica

Descrizione

Il Gruppo di Ricerca in “Struttura, dinamica e termodinamica di sistemi nanostrutturati e biofisici” e` attivo sia nel campo della simulazione teorica-computazionale che nel campo delle tecniche sperimentali, in particolare la Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) in collaborazione con il prof. G. Esposito (New York University at Abu Dhabi, UAE).

L’attivita’ di simulazione numerica del gruppo copre un ampio spettro di scale di tempi, dimensioni e livelli di teoria e di accuratezza. Le simulazioni da principi primi basate sulla teoria del funzionale densita’ (come la dinamica molecolare Car-Parrinello) sono le piu’ accurate e le piu’ esigenti in termini di risorse computazionali. In questo campo, PG e’ attivo nello sviluppo di nuove metodologie e del relativo software, in particolare della distribuzione open-source Quantum ESPRESSO, usato da molti gruppi in tutto il mondo, di cui coordina lo sviluppo, in collaborazione con il progetto europeo MaX. Le tematiche di ricerca attualmente studiate da Paolo Giannozzi e collaboratori con tecniche da principi primi riguardano eterostrutture bidimensionali o quasi-2D, in particolare 1) catalisi in molecole biomimetiche depositate su grafene, 2) trasporto quantistico.

Le simulazioni di biomolecole con campi di forza classici forniscono informazioni a livello atomico sulla dinamica molecolare e sulle differenze di energia libera nei cambi conformazionali e nelle interazioni biomolecolari. Il gruppo ha sviluppato metodi per i calcoli di elettrostatica e per i calcoli di energia libera da simulazioni. Sul versante sperimentale la spettroscopia NMR permette di dettagliare a livello atomico struttura, interazioni e cinetica dei processi biomolecolari. Il gruppo ha sviluppato (sotto la guida del prof. G. Esposito) un esperimento (BLUU-Tramp) in cui lo scambio idrogeno-deuterio viene monitorato in funzione di tempo e temperatura. Il passaggio del tempo e' accoppiato all'aumento di temperatura. In questo modo e' possibile ottenere in una singola sessione l'informazione che richiederebbe settimane o mesi con esperimenti di scambio tradizionali. Sono stati anche sviluppati programmi specifici per il calcolo delle entropie conformazionali (PDB2ENTROPY), rotazionali/traslazionali (PDB2TRENT) e per calcoli di elettrostatica in biosistemi in soluzione (BLUUES).

Simulazioni ed esperimenti vengono applicate a diversi sistemi biologici che includono proteine, farmaci e nanoparticelle.

Linee di ricerca

Nuovi sviluppi, validazione e porting all'exascale di software scientifico per calcoli da principi primi
Nuovi catalizzatori ottenuti per deposizione su grafene e auto-organizzazione di molecole biomimetiche
Trasporto quantistico con non-equilibrium Green's function con interazione elettrone-fonone da principi primi
Calcoli di energia libera da simulazioni
Elettrostatica biomolecolare
Risonanza Magnetica Nucleare biomolecolare, termodinamica e dinamica locale e globale
Biocatalisi in deep eutectic solvents