I ricercatori del Dipartimento per la Innovazione nei sistemi Biologici, Agroalimentari e Forestali (DIBAF) hanno applicato modelli teorico-computazionali in grado di combinare meccanica quantistica e dinamica molecolare nello studio di sistemi di interesse nanotecnologico


Uno studio pubblicato dal Dipartimento per la Innovazione nei sistemi Biologici, Agroalimentari e Forestali (DIBAF) dell’Università degli Studi della Tuscia di Viterbo ha evidenziato le potenzialità di modelli teorico-computazionali denominati ibridi, ossia in grado di combinare gradi di libertà elettronici derivanti da una trattazione meccanico quantistica con fluttuazioni conformazionali in condizioni di equilibrio ottenute mediante dinamica molecolare classica, nello studio delle proprietà chimico-fisiche di motori molecolari in grado di operare su nanoscala.


“Nello specifico, nell’ambito delle applicazioni nanotecnologiche vi è la reale necessità di investigare le proprietà spettroscopiche attraverso le quali macchine e dispositivi molecolari sono in grado di convertire uno stimolo esterno risonante in energia meccanica a livello di singole strutture molecolari complesse”. E’ quanto  precisa il Dr. Costantino Zazza ricercatore finanziato nell’ambito del PNRR – Rome Technopole Foundation, NextGenerationEU – presso il DIBAF. 
 
“Ci siamo focalizzati – continua Zazza – nello studio teorico di un complesso motore molecolare attivato dalla luce solare sintetizzato presso il Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”, dell’Università di Bologna e pubblicato in un articolo su Nature Nanotechnology. 


Combinando algoritmi basati sulla teoria del funzionale densità con tecniche di dinamica molecolare classica siamo stati in grado di riprodurre e caratterizzare quantitativamente gli osservabili spettroscopici misurate in laboratorio con tecniche decisamente innovative. In aggiunta, siamo stati in grado di analizzare – sempre in condizioni di equilibrio – il repertorio di conformazioni e di contatti supramolecolari in soluzione accessibili a temperatura ambiente. 
Il tutto a livello atomistico quanto-meccanico combinato con una tecnica innovativa per il campo di forze mediato con metodi classici”. 
 
Lo scenario simulativo proposto dal DIBAF in un ambiente dedicato a simulazioni numeriche intensive dell’Università della Tuscia risulta decisamente appropriato ed accurato per lo studio di macchine e dispositivi molecolari con funzionalità di complessità via via crescente. 
 
I sistemi di interesse nanotecnologico vengono studiati in condizioni di esercizio (tipicamente in soluzioni diluite) e le proprietà elettroniche e conformazionali derivate all’interno di nano-goccie in cui le molecole di solvente vengono trattate sia in maniera esplicita, che implicita mediante un mezzo dielettrico continuo e polarizzabile. Il tutto garantendo una coerenza meccanico statistica in grado di adattarsi a diverse condizioni sperimentali ed a differenti stimoli esterni risonanti.