Maria Peressi
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:

Interfacce ed eterostrutture:
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)

Leghe cristalline:
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)

Materiali amorfi:
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)

Materiali cristallini puri:
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)

Sviluppo di tecniche semiempiriche:
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)

Studio di orbitali localizzati nei solidi:
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)