Scuola Normale Superiore di Pisa

Condensed Matter Physics

Ph.D. in Condensed Matter Physics

Attività di ricerca in fisica della materia condensata

L’attività di ricerca si esplica sia in campo sperimentale sia in campo teorico all’interno del Centro NEST (National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology, http://www.laboratorionest.it).

I principali campi di indagine sono:

· Trasporto quantistico in nanofili di semiconduttori. La sintesi di nanofili di semiconduttore apre nuove strade verso la realizzazione di dispositivi elettro-ottici avanzati. L'attività di perfezionamento sarà focalizzata sullo studio delle proprietà di trasporto coerente in nanofili in regime di pochi elettroni. Particolare attenzione sarà posta sul comportamento al variare della temperatura, in vista di possibili applicazioni.

· Cavità innovative per laser intersottobanda. La fisica dei polaritoni intersottobanda in microcavità di semiconduttore riveste un grande interesse per la possibilità di realizzare regimi inesplorati dell'interazione radiazione-materia con la conseguente produzione di nuovi fenomeni quantistici. Per pensare ad implementazioni dispositivistiche occorre tuttavia la capacità di implementare queste strutture in circuiti fotonici appropriati per propagazione guidata. L'attività mira a realizzare microcavità e guide d'onda basate su cristalli fotonici accoppiate con transizioni intersottobanda e a dimostrare il controllo ottico e/o elettrico delle eccitazioni polaritoniche risultanti.

· Laser THz controllati elettromeccanicamente. L'attività è indirizzata allo studio dell'integrazione di elementi ottici di dimensione micrometrica controllati elettromeccanicamente in dispositivi laser a cascata quantica per emissione THz. Lo scopo è di avere la possibilità di variare esternamente importanti caratteristiche dell'emissione, quali frequenza, profilo del fascio, e direzione.

· Fisica dei sistemi coerenti. Studio dei processi coerenti in nanostrutture semiconduttrici e ibride semiconduttore-superconduttore. Interferometri elettronici in regime di effetto Hall quantistico. Studio del trasporto di cariche frazionarie attraverso geometrie confinate. Teoria del trasporto quantistico in nanostrutture. Proprietà delle nanostrutture superconduttive. Computazione quantistica in sistemi a stato solido.

· Dispositivi fotonici nanostrutturati. Interazione radiazione-materia in sistemi a confinamento elettronico e fotonico. Laser e rivelatori ad eterostruttura. Sorgenti nanostrutturate di singoli fotoni.

· Fisica sperimentale degli stati collettivi nelle nanostrutture. Transizioni di fase e punti critici. Analisi sperimentale dei modi collettivi instabili tramite diffusione anelastica di luce.

· Biofisica molecolare:

• Visualizzazione e modellizzazione di singole molecole e singoli eventi in cellule viventi
• Progetto e realizzazione di nanosonde intracellulari fluorescenti o magnetiche
• Analisi delle proprietà spettrali vibrazionali ed elettroniche, modellizzazione ed ottimizzazione di mutanti nella famiglia delle proteine verdi fluorescenti (GFP)
• Nuove strategie di imaging ad alta risoluzione in-vitro ed in vivo, basate sull’uso di sonde fluorescenti o magnetiche (microscopia a 2 fotoni, spettroscopia di correlazione, composti superparamagnetici)
• Interazioni tra proteine e dinamica inter- e intra- cellulare: studio sperimentale mediante tecniche spettroscopiche avanzate quali Fluorescence Resonant Energy Transfer (FRET) e Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP); studio teorico tramite modelli multi-scala e tecniche di molecular recognition
• Tecniche di microscopia a scansione
• Composti molecolari per il "delivery" mirato intracellulare di farmaci o nanorobots
• Progetto, modellizzazione e realizzazione di "nanorobots" intracellulari, quali nanosonde attive
• Sviluppo di sistemi micro- o nano-fluidici portatili
• Nuove strategie per l’immobilizzazione con alta risoluzione spaziale di biomolecole su superfici biocompatibili
• Nanotecnologie per guidare la coltura ed il differenziamento cellulare in condizioni chimico-fisiche perfettamente controllate
• Modelli a bassa risoluzione per studi strutturali e dinamici di acidi nucleici
• Identificazione di nuove strategie computazionali basate sull'utilizzo di DNA
• Sviluppo di software per modellizzazione multi-scala e applicazione specifica allo studio delle GFP o di sistemi biomolecolari di interesse.

Attività didattica in fisica della materia condensata
L'attività didattica si articola in corsi e seminari tenuti da docenti della Scuola Normale ed esterni. I perfezionandi in Fisica della materia Condensata del primo anno, in accordo con il Consiglio di Classe, sceglieranno e frequenteranno tre corsi annuali tra quelli attivati presso la Scuola Normale Superiore, presso il corso di dottorato dell'Università di Pisa, o presso la Scuola Superiore Sant’Anna. Tali corsi hanno la duplice funzione di ampliare la base culturale del perfezionando e di avviarlo ad uno specifico progetto di ricerca.

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