RICERCA ITALIANA     

Metodi computazionali avanzati per struttura e proprietà chimico-fisiche dei cristalli

Università degli Studi di Bari

Abstract

Il progetto comprende tre aree principali:
I) Sviluppo di teorie per la soluzione di strutture cristalline da dati da polveri (Universita' di Bari).

II) Sviluppo di algoritmi di calcolo innovativi per la soluzione di strutture cristalline da dati da polveri (Universita' di Bari; BA-IC; PG).

III) Sviluppo di metodi ab initio per la modellizzazione delle proprietà dei cristalli (TO; MI) e loro convalida attraverso i dati di diffrazione da polveri (TO; MI; BA-IC; PG).

Le attività nell'Area I) mirano a: a) sviluppare approcci probabilistici nuovi e robusti allo scopo di stabilire una solida base per l'applicazione delle tecniche MAD e SIR-MIR ai dati da polveri. La teoria deve affrontare due inconvenienti: la sovrapposizione dei picchi nel diagramma da polveri e l'impossibilità di distinguere le intensità delle coppie relative di Friedel; b) sviluppare una teoria capace di minimizzare il bias della risoluzione nelle mappe di densità elettronica, contribuendo così ad una migliore determinazione delle coordinate atomiche. Il bias e' particolarmente presente nei campioni policristallini; per questi, il profilo raggiunge raramente la risoluzione atomica.
Le attività nell'Area II) mirano ad implementare, nel software EXPO, una procedura di calcolo che, partendo dalla nuova teoria probabilistica messa a punto presso l' Università di Bari, dovrebbe essere in grado di localizzare i >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Carmelo Giacovazzo Università degli Studi di BARI

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il progetto comprende tre aree principali: I) Sviluppo di teorie per la soluzione di strutture cristalline da dati da polveri (Universita' di Bari). II) Sviluppo di algoritmi di calcolo nuovi per la soluzione di strutture cristalline da dati da polveri (Universita' di Bari; BA-IC;PG). III) Sviluppo di metodi ab initio per modellizzare le proprietà dei cristalli (TO;MI) e loro convalida attraverso i dati di diffrazione da polveri (TO;MI;BA-IC; PG).
Gli obiettivi principali dell'Area I) sono:
a) sviluppo di teorie probabilistiche per la soluzione di strutture cristalline, basate sulle tecniche MAD e ottimizzate per i dati da polveri. Il metodo rigoroso delle funzioni di distribuzione di probabilità congiunta sarà applicato per: 1) stimare le ampiezze dei fattori di struttura della substruttura dei diffusori anomali utilizzando dati relativi a due lunghezze d'onda; 2) deconvolvere la funzione Patterson per definire la substruttura dei diffusori anomali; 3) stimare il valore di fase dell'intera struttura, dati i moduli di diffrazione osservati e l'informazione sulla substruttura.
b) Sviluppo di teorie probabilistiche per la soluzione di strutture cristalline, mediante tecniche SIR-MIR ottimizzate per i dati da polveri. La procedura e' un processo a tre stadi come per i dati MAD.
c) Minimizzare il bias della risoluzione. L'algoritmo proposto dovrebbe ridurre il bias della risoluzione attraverso una modifica >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi possono essere espressi in termini di alcuni obiettivi fondamentali descritti nel capitolo 13. In particolare:
1) teoria matematica per minimizzare le distorsioni dovute alla risoluzione sperimentale nelle mappe di densità elettronica;
2) teoria probabilistica rigorosa per fasare strutture cristalline da dati di diffrazione da polveri usando tecniche MAD e/o SIR-MIR;
3) aggiornare il pacchetto di programmi EXPO includendo funzioni che trattano dati di diffrazione da polveri del tipo MAD e/o SIR-MIR e capaci di minimizzare la distorsione introdotta dalla risoluzione finita dei dati;
4) aggiornare il programma CRYSTAL, convalidato mediante prove sperimentali, con l'introduzione di calcoli quanto meccanici ab initio delle frequenze di vibrazione, proprietà termodinamiche e del metodo CPHF.

I risultati teorici saranno descritti in appositi articoli, da pubblicare su riviste internazionali e comunicati alla comunità cristallografica durante congressi e incontri internazionali.

Un ulteriore conoscenza fondamentale circa i modelli sulla struttura cristallina e l'interazione radiazione-materia sarà ottenuta quanto le parti teoriche del progetto saranno ultimate. Inoltre, il progetto mostra un alto potenziale per quanto riguarda gli aspetti applicativi. Infatti l'impatto sulla comunità scientifica è atteso essere molto ampio, in quanto coinvolge allo stesso tempo mineralogisti, chimici, fisici >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Lo stato dell'arte relativo all'Area I) è descritto come segue:
a causa del collasso del reticolo a tre dimensioni sull'asse 2?, le polveri forniscono dati di diffrazione mono-dimensionali. Come conseguenza, la soluzione di una struttura cristallina è ancora difficile. Recentemente, sono state sviluppate delle tecniche avanzate per: a) trovare la cella elementare; b) identificare il gruppo spaziale; c) migliorare le prestazioni dei metodi diretti con i dati da polveri; d) risolvere le strutture cristalline attraverso le tecniche di ottimizzazione; e) adattare le tecniche MAD (multiple wavelenght anomalous dispersion) e SIR-MIR (single isomorphous -multiple isomorphous replacement) ai dati da polveri.
Il punto e) è di interesse particolare per questo progetto ed è, ad oggi, in una fase preliminare. Esso è il primo obiettivo del progetto.
Il secondo principale scopo e’ quello di correggere le mappe di densita’ elettronica per il bias di risoluzione. Questo punto, abbastanza nuovo ed applicabile ai dati da cristallo singolo sia utilizzando radiazione di sincrotrone che da neutroni, e’ di seguito brevemente descritto insieme con lo stato dell’arte del punto e).
Tecniche MAD- Nelle tecniche SAD classiche per dati da cristallo singolo la differenza anomala gioca un ruolo centrale nell’identificazione della posizione dei diffusori anomali. I dispositivi sperimentali facilitano, alcuni programmi di metodi diretti di seconda >>>