Maria Peressi Interfacce ed eterostrutture: Leghe cristalline: Materiali amorfi: Materiali cristallini puri:
Sviluppo di tecniche semiempiriche:
Studio di orbitali localizzati nei solidi:
Attività scientifica
(aggiornata a novembre 2002)
L' attività di ricerca svolta riguarda la Fisica
della Materia, ed in particolare lo studio teorico-computazionale
di proprietà
strutturali ed elettroniche di sistemi reali,
principalmente materiali semiconduttori e isolanti,
con metodi accurati da principi primi
basati sul funzionale densità e/o
calcoli modello.
Lo sviluppo di metodi di calcolo innovativi alternativi a quelli suddetti
costituisce di per sè una linea di ricerca.
L'attività si può riassumere nelle seguenti linee principali:
La tematica delle interfacce ed eterostrutture, in particolare
delle strutture quantistiche a semiconduttore,
è stata quella principale. L'attività di ricerca in questo campo
è stata portata avanti con assiduità fin dall'inizio (tesi di PhD),
quando ancora in questo settore le conoscenze erano scarse; il lavoro svolto,
presso il gruppo di ricerca della SISSA prima e dell'Università poi,
ha permesso di fare luce sui meccanismi microscopici che regolano la
discontinuità
delle bande all'interfaccia (il controllo della geometria
e stechiometria dell'interfaccia in alcuni casi, o quello del substrato
in altri) e quindi sulla possibilità di variarla in modo controllato
per manipolare le proprietà dei dispositivi microelettronici.
Collaborazioni molto proficue si sono stabilite con il gruppo sperimentale
di crescita e spettroscopia del Laboratorio TASC di Trieste e
con ricercatori teorici di altri gruppi.
Il contributo dato alla teoria
ha potenziato la sua capacità predittiva, ed è stato decisivo per
l'interpretazione di molti risultati sperimentali.
L'importanza di questo lavoro è documentato da varie pubblicazioni,
e in particolare da un lavoro di rassegna su invito
[n. 33 dell'elenco]
e da cicli di seminari
e relazioni su invito.
Attualmente il filone di ricerca è ancora attivo, e l'interesse ora
è indirizzato verso nuove problematiche irrisolte, quali l'esistenza di
stati di interfaccia [n. 40 e 45
dell'elenco],
e altri materiali di grande importanza tecnologica,
quali semiconduttori a largo gap [n. 39
dell'elenco].
(pubblicazioni relative: n. 2-11, 13-28, 33, 39, 40, 41, 45
dell'elenco;
di particolare rilevanza: n. 5, 7, 9, 14, 16, 17, 24, 27, 33)
Sono state studiate proprietà strutturali di leghe pseudobinarie,
sia di isolanti che di semiconduttori, per le quali i dati sperimentali
esistenti
suggeriscono l'esistenza di distorsioni microscopiche del reticolo
che consentono una distribuzione bimodale delle lunghezze di legame
anione-catione. Il problema dal punto di vista teorico è stato affrontato
proponendo un semplice ma efficace
modello strutturale per simulare la topologia
della lega e un modello energetico
opportuno (a seconda dei
materiali) per i calcoli di energia totale.
Il modello inizialmente proposto è stato poi ripreso, perfezionato e
applicato ad altri sistemi.
(pubblicazioni relative: n.
1, 12, 29 dell'elenco)
Nonostante la vasta letteratura esistente sul
Silicio amorfo, in particolare, il lavoro svolto qui presentato
è uno dei pochi che hanno
affrontato lo studio da principi primi,
con lo scopo di comprendere il legame tra proprietà
topologiche locali
(in particolare i difetti di coordinazione) e struttura elettronica,
e il ruolo dell'idrogeno. Lo studio ha messo chiaramente
in evidenza il ruolo dei diversi
difetti di coordinazione, ed in particolare degli atomi sovracoordinati:
non solo in certi casi possono essere favoriti rispetto ai difetti
sottocoordinati ( dangling bonds), ma, al loro pari,
sono responsabili di stati stati elettronici nel gap
che possono essere
rimossi con l'idrogeno. L'attività di ricerca in questo campo
prosegue tuttora, anche in modo comparativo
con altri metodi (grazie a collaborazioni esterne), e su sistemi più
complessi, quali le interfacce tra fasi cristallina/amorfa.
(pubblicazioni relative: n. 30, 32, 35, 36, 37, 42
dell'elenco; di
particolare rilevanza: n. 35)
Rientrano in questa linea di ricerca vari sottocapitoli, tra cui:
a) lo studio delle proprietà
di legame nei composti binari in relazione
con le proprietà strutturali ed elettroniche
(pubblicazioni relative:
n. 46 dell'elenco);
b) lo studio di semiconduttori composti con siti vacanti ordinati.
L'interesse per questa categoria di sistemi
è stato motivato dal fatto
che ci sono indicazioni sperimentali circa la possibile formazione di questi
materiali all'interfaccia tra semiconduttori in particolari condizioni.
L'approccio seguito è basato su metodi da principi primi e
modellizzazioni
realistiche delle strutture possibili, che hanno dato risultati
attendibili rispetto a quelli esistenti precedentemente in letteratura
basati su tecniche più approssimate e modellizzazioni inadeguate.
(pubblicazioni relative: n. 31 dell'elenco)
Recentemente una parte dell'attività è stata
dedicata allo sviluppo di
parametrizzazioni semiempiriche a partire da schemi metodologici propri della
chimica quantistica, che sono stati in modo efficace per sistemi periodici
quali solidi cristallini. In una formulazione di tipo
tight-binding
si è cercato di parametrizzare l'interazione tra atomi di carbonio
a partire da calcoli esatti ed accurati ottenuti da principi primi
per diverse strutture. Si è ottenuta una parametrizzazione con un
soddisfacente grado di
trasferibilità, requisito che di solito non è soddisfatto
dalle
normali parametrizzazioni fatte "ad hoc" per determinate situazioni.
L'attività è tuttora in corso con lo scopo di migliorare la
parametrizzazione e di estendere lo studio ad altri sistemi.
(pubblicazioni relative: n. 34 e 38 dell'elenco)
Nell'ultimo anno l'attività di ricerca ha riguardato anche il problema
della definizione (e della costruzione operativa) di orbitali localizzati
nei solidi (tipo funzioni di Wannier).
Questa attività è
stata stimolata dai vari tentativi attuali
nella ricerca di basi localizzate per calcoli di struttura elettronica
ai fini di ridurre lo sforzo computazionale e poter affrontare lo studio
di sistemi sempre più
complessi descrivibili solo con un numero di atomi molto grande.
(pubblicazioni relative: n. 43 e 44 dell'elenco)