Lucas Viani (Ribeirão Preto, Brasile, 1983) svolge ricerche sui semiconduttori organici presso l'Istituto Universitario di Modellazione e Simulazione in Fluidodinamica, Nanoscienze e Matematica Industriale "Gregorio Millán Barbany" dell'Università Carlos III di Madrid (UC3M) nell'ambito del programma UC3M CONEX (CONnecting EXcellence).Questo programma di attrazione dei talenti è sostenuto dall'Unione Europea (azioni Marie Curie del Settimo Programma Quadro), dal Ministero dell'Economia e della Competitività e da Banco Santander.
Quanta parte della tua ricerca riguarda la fisica e quanta la chimica?
La scienza dei materiali è un campo interdisciplinare in cui fisici, chimici e ingegneri collaborano, apportando diverse prospettive allo stesso problema nel perseguimento di un obiettivo comune: lo sviluppo e il miglioramento dei materiali esistenti. L'obiettivo principale della scienza dei materiali è quello di rispondere alle esigenze della società contemporanea attraverso l'innovazione. Alcuni degli argomenti attualmente oggetto di studio includono la riduzione del consumo energetico nei dispositivi, l'aumento della capacità di accumulo energetico delle batterie e lo sviluppo di sistemi che offrono soluzioni basate su energie rinnovabili e sono quindi in grado di catturare energia dalla luce solare, dal vento e dalla terra (energia geotermica).
Quali sono le applicazioni dei semiconduttori organici?
I semiconduttori organici sono in grado di offrire soluzioni ai vari problemi che affrontiamo oggi grazie all'uso intelligente delle loro proprietà intrinseche (sono economici, flessibili, trasparenti e leggeri), dando vita a nuovi concetti e design per i dispositivi elettronici. L'esempio migliore è rappresentato dai diodi organici a emissione di luce (OLED). Sono stati i primi dispositivi basati su materiali organici a essere prodotti in serie e hanno rivoluzionato il settore dei display, offrendo hardware che consuma molta meno energia, garantisce una qualità superiore e richiede meno spazio fisico. Oggi li troviamo nei telefoni cellulari e nei televisori ultrasottili ad alta risoluzione, consentendo soluzioni uniche come televisori curvi e display trasparenti.
Dove ci sta portando questo settore?
Un gruppo di dispositivi, tra cui celle fotovoltaiche organiche (OPV), transistor a effetto di campo (OFET) e laser (OSL), sono candidati molto promettenti per seguire lo stesso percorso degli OLED e dominare parte del mercato nei rispettivi segmenti, sebbene le loro prestazioni ancora basse ne stiano ritardando la commercializzazione su larga scala.
In che misura si potrebbero migliorare le prestazioni delle celle fotovoltaiche organiche (OPV) o della tecnologia OLED?
Oggi, l'industria OLED è altamente avanzata e sul mercato sono disponibili dispositivi estremamente efficienti. Le sfide attuali consistono nel perfezionare le proprietà dei display e nello sviluppare dispositivi di illuminazione per ambienti interni e applicazioni architettoniche. La tecnologia OPV ha raggiunto un livello tale da poter competere in alcuni ambiti con diverse tecnologie fotovoltaiche, sebbene la sua efficienza complessiva necessiti ancora di miglioramenti (l'attuale record di efficienza si aggira intorno al 12%, mentre teoricamente potrebbe raggiungere valori compresi tra il 20% e il 24%).
Qual è l'obiettivo della sua ricerca presso l'UC3M?
L'obiettivo del progetto che sto sviluppando è quello di offrire una comprensione dettagliata delle dinamiche degli eccitoni nei materiali organici coniugati attraverso metodi computazionali, al fine di migliorare l'efficienza dei dispositivi elettronici basati su materiali organici e consentirne la commercializzazione.
Come pensa di raggiungere questo obiettivo?
Questo obiettivo sarà raggiunto sviluppando uno strumento teorico in grado di descrivere in modo più realistico le dinamiche del trasporto di energia e carica tra molecole organiche, al fine di convalidare e valutare informazioni attualmente inaccessibili tramite tecniche sperimentali. Ciò consentirà di comprendere in modo univoco i parametri che governano questi meccanismi, con conseguente risparmio di tempo e costi nella sintesi di nuovi composti. Questo risultato sarà ottenuto verificando le proprietà di trasferimento di energia (ET) e di trasferimento di carica (CT) prima della sintesi, consentendo al contempo lo sviluppo di nuovi progetti di dispositivi elettronici organici, facilitando la descrizione e la messa a punto delle loro proprietà rilevanti.
Quale metodologia utilizzi nella tua ricerca?
Le metodologie più comunemente adottate per descrivere le dinamiche di trasferimento elettronico (ET) a lungo termine per sistemi in cui non è possibile una soluzione analitica si basano su metodi stocastici che risolvono le equazioni master di Pauli o su un approccio statico basato sull'estrazione di conformazioni molecolari da simulazioni di dinamica molecolare classica utilizzate per prevedere le dinamiche di ET e CT utilizzando il metodo Monte Carlo cinetico su un'istantanea congelata. In questo progetto, integreremo questi diversi passaggi in uno solo per ridurre ed evitare la perdita di informazioni elettroniche e strutturali essenziali per ottenere una previsione dettagliata delle proprietà dinamiche.
Qual è l'aspetto più complesso della conduzione di questa ricerca?
Direi che ogni fase di un progetto di ricerca è importante, dall'ideazione iniziale alla sua implementazione e validazione. Le decisioni devono essere prese in ogni fase del progetto e ci sono diversi approcci, spesso senza una conoscenza preventiva del risultato. Ritengo che la fase più importante in questo progetto sarà la validazione della metodologia. Ciò ci permetterà di orientare lo sviluppo del progetto in direzioni specifiche e, nel tempo, di trasferire questa metodologia a diverse tipologie di sistemi.
Utilizza metodi computazionali? Sono correlati al software MView che ha creato?
MView è un software che ho sviluppato negli ultimi anni per centralizzare e generalizzare i metodi computazionali. Attualmente, il suo obiettivo principale è fornire strumenti che facilitino l'analisi e la visualizzazione (attraverso un'interfaccia OpenGL) delle proprietà e delle dinamiche molecolari. Verranno inoltre integrati gli strumenti teorici derivanti dal programma CONEX, il che porterà a un'interfaccia più intuitiva e ne faciliterà l'utilizzo da parte di altri ricercatori.
Quali vantaggi ti offre la ricerca presso l'UC3M nell'ambito del programma CONEX?
Credo che il programma CONEX mi offra una grande opportunità per concentrarmi sui miei interessi di ricerca, permettendomi di condurre ricerche indipendenti e sviluppare strumenti teorici per studiare i processi dinamici che avvengono nei semiconduttori organici. L'UC3M si è dimostrata un ambiente in grado di fornire il supporto finanziario, tecnologico e di personale necessario per il successo del programma.
Prima di entrare a far parte di UC3M nell'ambito di CONEX, dove lavoravi?
Prima di entrare a far parte dell'UC3M, ho lavorato presso diversi centri di eccellenza in Europa, negli Stati Uniti e in Brasile. Mi sono laureato in Fisica all'Università di Campinas e ho conseguito un master all'Università di San Paolo, in Brasile. Nel 2007 ho iniziato il mio dottorato di ricerca all'Università di Mons, in Belgio, sotto la supervisione del Dott. Jérôme Cornil. Lì ho studiato e caratterizzato il trasferimento di elettroni (ET) e di carica (CT) in sistemi supramolecolari di tipo ospite utilizzando strumenti computazionali di meccanica quantistica, con l'obiettivo finale di sviluppare nuovi design per dispositivi organici. Dopo aver completato la tesi, sono entrato a far parte del gruppo di ricerca del Dott. Jean-Luc Brédas al Georgia Institute of Technology, dove ho concentrato la mia ricerca sulla comprensione dei processi di CT alle tipiche interfacce organiche e inorganiche presenti nei transistor organici a effetto di campo (OFET). Nel 2012 mi sono unita alla Dott.ssa Benedetta Mennucci all'Università di Pisa, dove ho potuto mettere in pratica le mie conoscenze pregresse studiando le proprietà del trasferimento di elettroni (ET) nei complessi biologici di raccolta della luce, contribuendo alla comprensione del processo di fotosintesi nelle piante e nei batteri.
Fonte: Ufficio di Informazione Scientifica dell'Università Carlos III di Madrid (UC3M): http://portal.uc3m.es/portal/page/portal/actualidad_cientifica/noticias/Entrevista_Lucas_Viani
Intervista video aggiuntiva: https://www.youtube.com/watch?v=8sag4MgwyaQ
