Talk “Ab initio study of the stability of H- and O-functionalized graphene” at Nanoinnovation 2016

The Nanoinnovation 2016 Conference and Exhibition will take place on September, 20 – 23 in the Renaissance Cloister by Sangallo at the Faculty of Civil and Industrial Engineering, Sapienza University of Rome.

In the session TS.II.E Simulation and Modeling for Nanotechnology on September, 21 morning, chaired by Caterina Arcangeli, ENEA, we will have the following oral presentation:

Ab initio study of the stability of H- and O-functionalized graphene as nanomaterial for electrical and optoelectronic applications

Francesco BUONOCORE, ENEA Centro Ricerche Casaccia

Abstract: Graphene is a two-dimensional material that exhibits unique electrical, mechanical and optical properties. More recently, derivatives of graphene have been of large interest because of the possibility to add new functionalities to graphene and tune its electronic properties. Among the possible derivatives, graphane, a graphene structure fully-hydrogenated on both sides of the plane, and graphene oxide (GO) have attracted great attention in the last years. GO is usually derived by graphite oxide via chemical routes which are observed to produce a material with a defective lattice. Using ab initio calculations we show that when graphene oxide is synthesized with alternative physical methods, the formation of regular and short period hydrogenated graphene oxide is possible. This material could be used as an insulating thin coating and/or as an insulating layer in conjunction with metals and semiconductors in electrical and optoelectronic devices.


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Ab initio calculations for graphene derivatives and bio/inorganic materials: recent updates at NanoItaly 2015

I will bring the following technical contribution on  September 23,Wednesday, during the session IV.4 ‘Molecular dynamics and atomistic simulation ‘ ( 11:20-13:15)   of the NanoItaly 2015 Conference taking place on 21-24 September in Rome.

Ab-initio calculations to support ENEA’s surface laboratory activities

Ab-initio methods alongside experiments can help drive processes and improve the understanding of the results. In this talk we will show how ab-initio calculations have been used to support research activities in the ENEA’s SSPT-PROMAS-MATPRO Laboratory. First case study: the investigation of the interface between graphene, in all its possible hydrogenated configurations, and catalyst metal surface by first-principles calculations can be pivotal to assess the feasibility of direct CVD growth methods for fully hydrogenated graphene (graphane). Moreover, we investigated the effects of the adhesion to copper surface on the magnetic properties of semi-hydrogenated graphene (graphone). Second case study: experimentally some amino acids are evidenced to play a critical role in the adhesion and selectivity of biomolecules on oxide surfaces. Accurate total energy ab-initio calculations have been performed to clarify how the water molecules on the non-polar ZnO surface are able to mediate the adsorption of selected amino acids.

In this event I will present for the first time the results recently published in “Adsorption of Modified Arg, Lys, Asp, and Gln to Dry and Hydrated ZnO Surface: A Density Functional Theory Study”  – F. Buonocore, C. Arcangeli, F. Gala, G. Zollo and M. Celino, The Journal of Physical Chemistry B 119 (35), pp 11791–11797 (2015).

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Graphene based Heaters

Next heaters in our houses will be made also of graphene? Not a bad idea! More information here!

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ENEA Summer School 2015 in Efficienza Energetica

Dopo il successo dei due anni precedenti, quest’anno presso il Centro Ricerche Casaccia si ripete la “Summer School in Efficienza Energetica” organizzata dall’ENEA, rivolta a  giovani  laureati e laureandi in materie tecnico-scientifiche ed economiche che non abbiano superato i 29 anni di età. La Summer School si terrà dal 30 giugno al 10 luglio. La novità è che sono offerte 15 borse di studio per i corsisti a copertura totale della quota di partecipazione. La data di scadenza per la presentazione della domanda di ammissione è fissata al 14 Giugno 2015. Per le modalità di selezione ed ulteriori informazioni rimando al sito ufficiale.


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CMAST: Workshop di Scienza dei Materiali Computazionale a Roma

La modellistica molecolare, tramite l’utilizzo intensivo di supercomputer ad alto parallelismo, permette il design e la caratterizzazione di nuovi materiali e molecole complesse per applicazioni in diversi settori tecnologici anche di interesse industriale. Le sfide provenienti dalla nuova programmazione Europea e dai settori applicativi rende necessario condividere competenze e strumenti per avviare una nuova progettualitā. Quindi a valle della pubblicazione del Report CRESCO 2013, la comunitā di utenti nel settore della modellistica molecolare dell’infrastruttura ENEA CRESCO si riunisce per discutere lo stato dell’arte e le prossime sfide.

CMAST Workshop: Computational MAterials Science and Technology @CRESCO ENEA

Data: 13/04/2015 — Orario: 9:00-16:00

Presso: Salone Centrale della Sede Legale dell’’ENEA, Via Giulio Romano 41, Roma

Registrazione gratuita


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DOE’s Institutes is digging for raw materials solutions

The critical raw materials issue is felt not only in Europe. Also researchers in the Critical Materials Institute (CMI) at the DOE’s Ames Laboratory are looking for innovative answers to rare-earth supply problems.

CMI teams are also exploring chemical substitutions to reduce the amount of rare-earth elements needed to make permanent magnets – magnets that have a stable magnetic field without the use of an electric current. These permanent magnets are needed for vehicles, wind turbines, speakers in cellphones and headphones, cordless tools, and much more.

Using data produced during 5 million core hours of research  on the supercomputer Titan, CMI’ team will design ligands – molecules that attach with a specific rare-earth – that allow metallurgists to extract elements with minimal contamination from surrounding minerals. Through this simplified processing, savings in time and labor will increase the availability of these vital rare-earths.

More at this link.

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Application-oriented atomistic design of nanomaterials at Nanoforum 2013

Today in Rome the Nanoforum 2013 conference is starting. The full program can be found here.

Caterina Arcangeli and I will present our work in the Design & Modelling at the Nanoscale section.

Here are title, authors and abstract.

Application-oriented atomistic design of nanomaterials: key cases and examples

Caterina Arcangeli, Francesco Buonocore, Massimo Celino, Simone Giusepponi

ENEA, C.R. Casaccia, Via Anguillarese 301, 00123 Rome, Italy

 The availability in the ENEA-GRID/CRESCO infrastructure of novel powerful supercomputers and the porting of optimized numerical codes for the atomic scale simulations in the field of molecular modelling, has opened the way to an effective computer-aided design of nanomaterials. The design of new materials is thus becoming an affordable step in the whole process of new materials. Simulations can now provide essential information to understand how to improve mechanical, chemical and physical properties before the costly experimental testing and characterization activities.

In this background, the Virtual Lab CMAST (Computational MAterials Science and Technology) integrated in the ENEA-GRID infrastructure, is a common environment where scientists and researchers from universities and industries can work together by sharing competences, software and specialized services. The concerted efforts of the participants to the Lab can create and accelerate scientific activities with major benefits for all the virtual community.

In this contribution, some practical examples will be reported to demonstrate the actual possibility to catch, via atomic-scale molecular modelling, the essential features of model materials that could determine their macroscopic properties. Once designed a novel material several properties can be computed and explained microscopically: electronic properties, surface effects, chemical functionalizations, formation energies, surface adhesion energies, structure factors, pair correlation functions, and so on. For instance, to enhance the production process of graphene, new techniques have been developed. Experimentally graphene can be grown on a metallic substrate in a furnace by chemical vapour deposition. Molecular modelling simulations are used to optimize the process parameters and estimate the energies involved in the growth. Specific bio-derived nanomaterials are playing a crucial role in applications as long as the right functionalization is found for specific applications. For example, virus-like empty cages have promising novel applications in the field of nanomedicine and nanoelectronics. However each virus cage has a specific thermodynamics work-conditions and optimal functionalization to be determined for the specific application. Molecular modelling studies are able to find and optimize these functionalization processes.

In conclusion the Virtual Lab CMAST is the place where academic and industrial partners can collaborate and exchange best practices to find the best route to innovative applications.

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Progettazione a livello atomistico di nano-materiali al Nanoforum 2013

Oggi a Roma presso la Facoltà di Ingegneria Civile ed Industriale dell’Università “La Sapienza” inizia il Nanoforum 2013.

Il programma completo della conferenza si trova a questo link.

Caterina ed io terremo una presentazione venerdì 20 Settembre nella sezione Design & Modelling at the Nanoscale. Di seguito titolo, autori ed abstract in italiano.

Progettazione a livello atomistico di nano-materiali: casi emblematici ed esempi

Caterina Arcangeli, Francesco Buonocore, Massimo Celino, Simone Giusepponi

ENEA, C.R. Casaccia, Via Anguillarese 301, 00123 Rome, Italy

La disponibilità nella infrastruttura ENEA-GRID/CRESCO di nuovi e potenti computer e di codici numerici ottimizzati per le simulazioni su scala atomica nel campo della modellistica molecolare, ha aperto la strada a una efficace progettazione a livello atomistico di nano-materiali. Le simulazioni al computer rappresentano uno strumento predittivo efficace per fornire informazioni utili per migliorare le proprietà meccaniche, chimiche e fisiche permettendo una sostanziale riduzione dei costi di produzione e caratterizzazione.

In questo contesto, il laboratorio virtuale CMAST (Computational Materials Science and Technology) integrato nell’infrastruttura ENEA-GRID, è un ambiente comune in cui scienziati e ricercatori provenienti da università e industrie possono lavorare insieme per condividere competenze, software e servizi specializzati. Gli sforzi congiunti dei partecipanti al laboratorio sono in grado di creare e accelerare le attività scientifiche con importanti benefici per tutta la comunità virtuale.

In questa presentazione saranno riportati alcuni esempi pratici per dimostrare che la modellazione molecolare su scala atomica è in grado di descrivere adeguatamente le caratteristiche essenziali dei materiali e delle loro proprietà macroscopiche. Una volta progettato un nuovo materiale, partendo da un punto di vista microscopico, è possibile calcolare le proprietà elettroniche, gli effetti di superficie, la funzionalizzazione chimica, le energie di formazione, le energie di adesione superficiale, i fattori di struttura, le funzioni di correlazione, e così via. Ad esempio, sono state sviluppate nuove tecniche per migliorare il processo di produzione del grafene. Sperimentalmente questo materiale può essere cresciuto su substrati metallici per deposizione chimica da fase vapore. Le simulazioni di modellistica molecolare sono state utilizzate per ottimizzare i parametri di processo e stimare le energie coinvolte nella crescita. Alcuni nanomateriali di origine biologica se opportunamente funzionalizzati possono avere un ruolo cruciale in applicazioni specifiche. Ad esempio, nano-particelle di origine virale sono attualmente considerate promettenti per nuove applicazioni nel campo della nano-medicina e della nano-elettronica. Tuttavia ogni nano-particella possiede specifiche condizioni di lavoro termodinamiche e pertanto devono essere progettate le opportune funzionalizzazioni per l’applicazione selezionata. Gli studi di modellistica molecolare sono in grado di dare un valido aiuto.

In conclusione, il laboratorio virtuale CMAST è il luogo in cui i partner accademici e industriali possono collaborare e confrontarsi sulle migliori procedure per lo sviluppo di applicazioni innovative.

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Help for translation from old Asian prints

Hello, can someone help me in translating the following scripts from old Asian prints?

Asian script 1

Asian script 2

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In attesa dell’higgsone

Quando è stata diffusa la notizia tanto attesa della “scoperta del bosone di Higgs”, la battuta che ho twittato è stata che non capivo: e se fosse stata un’altra particella di un’altra teoria che per puro caso avesse avuto la stessa energia del bosone di Higgs? La mia considerazione è stata principalmente una battuta, ma in realtà essa è anche corretta da un punto di vista epistemologico. Infatti ciò che sinteticamente è stato pubblicizzato come “scoperta del bosone di Higgs”, è stata l’osservazione attraverso il Large Hadron Collider (LHC) di una nuova particella avente massa compatibile all’interno di una confidenza del cinque sigma (ovvero con una misura molto affidabile) con quella prevista da Peter Higgs per il bosone che gli fu necessario postulare affinché la teoria attualmente più accreditata per l’universo, denominata Modello Standard, descrivesse particelle dotate di massa. In realtà le misure stanno continuando e dobbiamo ancora aspettare nove mesi prima che gli scienziati abbiano statistiche ancora migliori, come annunciato da Rolf-Dieter Heuer, direttore generale del CERN. Egli ha anche dichiarato che non si può neanche parlare con certezza di valore dello spin pari a zero per il bosone osservato, che ne farebbe di esso un bosone fondamentale scalare. Questo bosone è creato dallo LHC attraverso collisioni protone-protone , e gli esperimenti ATLAS e CMS osservano le particelle create quando esso decade. Il punto cruciale è che il decadimento può avvenire attraverso canali differenti: i due canali osservati in entrambi gli esperimenti sono stati: 1) la produzione di due fotoni e 2) la produzione di due bosoni Z, e dalle loro osservazioni si è calcolata la massa di 125 GeV/c2 per il bosone; ancora altri canali di decadimento sono possibili (osservati nell’esperimento CMS), ma il valore dell’energia calcolato da essi non è tanto preciso quanto quello ottenuto dai primi due canali. La teoria del modello standard prevede anche come il bosone debba decadere attraverso i diversi canali, ed effettivamente le osservazioni dei due esperimenti sono consistenti con le previsioni. Solo che in ambedue gli esperimenti man mano che il il numero di dati raccolti aumenta, il numero di eventi del canale di decadimento in due fotoni è sempre più grande di quanto atteso. Invece, per il decadimento in due bosoni Z le osservazioni di eventi sono state inferiori a quelle previste, e non si sa ancora se questa deficienza sia reale o legata al fatto che questi eventi siano più difficili da misurare. Nel primo caso si aprirebbe la possibilità, per quanto remota, che il bosone abbia spin 2.

Tutto questo interesse per eventuali difformità con la teoria deriva dal fatto che anche con la scoperta del bosone di Higgs, rimane il problema che il Modello Standard sia una teoria incompleta in quanto essa non include la forza gravitazionale. Dal momento che questa teoria non riesce ancora a descrivere l’Universo, c’è da augurarsi che ci siano osservazioni non in accordo con essa. Queste osservazioni potrebbero portare alla scoperta di nuova fisica e permettere di aggiungere nuovi tasselli al Modello Standard, così da includere la gravità nel modello e formulare una teoria completa.

Non dimentichiamo comunque che l’osservazione di una particella con la stessa energia di quella prevista per il bosone di Higgs è di per sé una scoperta storica.

Per concludere c’è già chi cerca un nome per il nuovo bosone; in fondo nessuno chiamerebbe mai l’elettrone, fermione di Millikan! Per cui Gordon Fraser and Michael Riordan hanno proposto il nome di higgsone. Vedremo come andrà a finire.

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