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La nostra ricerca studia l'interazione tra la luce e le particelle metalliche. La luce è in grado di eccitare gli elettroni creando un particolare stato noto come Surface Plasmon-Polariton (SPP).

L'SPP è un termine che descrive l'interazione tra gli elettroni liberi presenti nei metalli (plasma) e la polarizzazione indotta dalla luce (polariton).
I plasmoni sono quasi-particelle che si generano a causa dell'interazione della luce con la superficie del metallo. Queste particelle hanno la caratteristica di decadere molto rapidamente all'aumentare della distanza dalla superficie metallica.
Grazie alle loro caratteristiche uniche, i plasmoni hanno trovato ampia applicazione in una vasta gamma di ambiti scientifici e tecnologici, inclusa la nanobiotecnologia e la biomedicina, dove possono essere utilizzati come biosensori o per monitorare le funzioni biologiche di cellule e tessuti. 
In ottica, il forte campo elettrico sulla superficie del metallo, generato dai plasmoni,può aumentare significativamente una serie di fenomeni come la deffusione Raman, la fotoluminescenza e gli effetti ottici non lineari. 
Dal punto di vista della ricerca di base, le caratteristiche particolari dei plasmoni permettono, usando due o più superfici metalliche, di localizzare la radiazione incidente sotto il limite di diffrazione e generare, di conseguenza, picchi di campi elettrici centinaia di volte più intensi della radiazione incidente. 
Questi hot-spots possono essere limitati a volumi molto ridotti come qualche nanometro cubo. Tutto ciò rende la luce suscettibile alle leggi del mondo sub-atomico, dove la descrizione classica dell'interazione luce-materia non è più sufficiente per rappresentare accuratamente i fenomeni coinvolti. 
La natura molteplice del fenomeno, che spazia dalla meccanica classica a quella quantistica, rende lo studio computazionale e teorico molto complesso.

Al CBN si sta lavorando per ottenere nuovi strumenti numerici e metodi teorici per affrontare queste problematiche. 

Attività

Multiscale Plasmonics
Il nostro scopo principale è di sviluppare tecniche di simulazione che prendano in considerazione caratteristiche microscopiche che coinvolgono miliardi di atomi. In questo ambito, la teoria quantistica idrodinamica è molto promettente. Tale teoria risolve le dinamiche quantistiche utilizzando le variabili tipiche dell'idrodinamica macroscopica, ad es la densità di elettroni, le correnti e la quantum pressure.

Nonlinear plasmonics
La ricchezza della fisica di superficie nei sistemi plasmonici può essere la chiave per il miglioramento drastico di una serie di effetti non lineari. Nella teoria quantistica idrodinamica, l'energia dell'elettrone è espressa da funzioni di energia solitamente non lineari. Queste funzioni si basano sulla densità elettronica e perciò sulla densità di carica indotta, la quale è proporzionale al campo elettrico locale E. Alla luce di questo, ci aspettiamo una classe completamente nuova di sistemi non lineari che sono proporzionali al gradiente di densità elettronica. Oltre agli effetti sulle proprietà di campo vicino dovute ad effetti nonlocali, prevediamo un’intera nuova classe di termini nonlineari proporzionali ai gradienti della densità elettronica. 

Light-matter strong coupling
Comprendere e controllare le proprietà degli emettitori di singolo fotone è estremamente importante per le applicazioni in informatica quantistica e nei biosensori. Stiamo attualmente studiando gli effetti nonlocali, nel limite della teoria idrodinamica, delle proprietà di un dipolo che emette in prossimità di nanostrutture metalliche, in regime di accoppiamento ia debole che forte. 

Laboratori

Il nostro gruppo ha accesso al laboratorio CBN HPC, il quale ospita un cluster dotato di 224 cores e 1TB di memoria.