Il campo su cui ho costruito la mia esperienza e competenza in ambito teorico/computazionale è quello dell’interpretazione della dinamica lenta di molecole in fasi condensate da misure di spettroscopie magnetiche, sia elettroniche che nucleari.
Il mio primo articolo, frutto del lavoro svolto durante la tesi di laurea, era sulla simulazione di spettri EPR di bis addotti radicalici del fullerene: https://doi.org/10.1021/ja065475q.
La teoria alla base è l’equazione stocastica di Liouville (SLE), introdotta da Schneider e Freed [Schneider, D. J.; Freed, J. H. Adv. Chem. Phys. 1989, 73, 387], che descrive il rilassamento di spin accoppiato alla dinamica dei nuclei, quest’ultima trattata a livello stocastico in cui le coordinate veloci (non direttamente accopiate al processo di rilassamento di spin) vengono proiettare via e trattate come generatrici di fluttuazione e dissipazione.
Durante il dottorato ho applicato la SLE a diversi sistemi, sviluppando un modello per la dinamica molecolare più atomistico rispetto ai primi modelli fenomenologici. Contestualmente, ho sviluppato il pacchetto software E-SpiRES (che può essere trovato nella categoria “Software”), per la simulazione di spettri cw-EPR data un modello per la dinamica in cui la molecola può essere rigida, o possedere un grado di libertà interno di tipo angolo diedro. Il pacchetto è pensato per guidare l’utente nella parametrizzazione della SLE in modo da necessitare del minor numero possibile di parametri di fitting.
Dopo il dottorato ho lasciato da parte l’interpretazione della spettroscopia EPR per dedicarmi a quella NMR. In primo luogo ho implementato il modello fenomenologico slowly relaxing local structure (SRLS, [
Polimeno, A.; Freed, J. H. J. Phys. Chem. 1995, 99, 10995]) per l’interpretazione di misure di rilassamento NMR. Successivamente, ho lavorato al modello diffusive chain model (DCM), per descrivere la dinamica molecolare ad un livello più atomistico. Il modello DCM prevede che la flessibilità della molecola sia espressa in funzione di angoli diedri. Anche in questo caso ho sviluppato un pacchetto software, che si chiama C++OPPS, disponibile nella categoria “Software”.
Sebbene ad oggi il mio interesse principale si sia spostato verso la descrizione accoppiata quanto-classica della dinamica molecolare (elettronica e nucleare), rimane vivo il mio interesse nella simulazione di spettroscopie magnetiche. I miei attuali impegni al momento sono:
- Sviluppo di metodi avanzati per la dinamica rilevante in macromolecole. Questo lavoro è in collaborazione con il prof. Antonino Polimeno. Abbiamo definito e implementato un’equazione di Fokker-Planck in coordinate naturali, portando alla pubblicazione di due articoli (https://doi.org/10.1063/1.5077065 e https://doi.org/10.1063/1.5077066). Ad oggi stiamo lavorando a metodi efficaci per la risoluzione numerica di tale equazione. La modellistica verrà applicata all’interpretazione di spettroscopie magnetiche; una prima applicazione a disaccaridi è stata già pubblicata (https://doi.org/10.3390/MOLECULES26092418).
- Interpretazione di spettri EPR di molecole in cui avviene trasferimento elettronico. Il lavoro è in collaborazione con il prof. Lorenzo Franco del DiSC. Una pubblicazione è in preparazione ed è stato sviluppato uno script MATLAB in grado di interpretare gli spettri EPR di molecole in cui l’elettrone spaiato può saltare tra differenti siti della molecola, in cui può interagire con intorni nucleari differenti.