Doctoral position in theoretical modeling of nanocrystal growth — ETH Zürich

Descrizione completa

Posizione di dottorato nella modellazione teorica della crescita dei nanocristalli

100%, Zurigo, a tempo determinato

Contesto del progetto

Il Laboratorio di ingegneria dei materiali ottici (Prof. David J. Norris) presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e dei processi (D-MAVT) dell'ETH Zurich studia la sintesi, la crescita, la struttura e le proprietà ottiche dei nanomateriali semiconduttori. Il nostro team interdisciplinare e internazionale combina la chimica dei materiali, la spettroscopia ottica, la microscopia elettronica, la modellazione teorica e la simulazione numerica per comprendere e controllare i materiali su scala nanometrica.

I cristalliti semiconduttori su scala nanometrica presentano proprietà ottiche (ad es., spettri di assorbimento ed emissione) che dipendono fortemente dalle loro dimensioni. Poiché questa proprietà è utile per creare materiali ottici sintonizzabili per applicazioni optoelettroniche che spaziano dai display e dalle fotocamere a infrarossi alla nanofotonica e alle tecnologie quantistiche, sono state sviluppate sintesi chimiche che producono nanocristalli a partire da vari semiconduttori. I protocolli più avanzati sono quelli che portano a particelle quasi sferiche (note come punti quantici colloidali). Tuttavia, anche i campioni di nanocristalli allo stato dell'arte presentano distribuzioni nelle dimensioni e nella morfologia delle particelle che ne limitano le prestazioni ottiche.

Due classi di nanocristalli semiconduttori costituiscono eccezioni a questa regola. Presentano una forma insolita di crescita "discreta", passando bruscamente tra una serie di dimensioni specifiche. Le nanopiastrine semiconduttrici possono essere sintetizzate con spessori uniformi a livello atomico, mentre i cosiddetti nanocristalli "di dimensioni magiche" crescono attraverso una sequenza di dimensioni ben definite. Queste osservazioni suggeriscono che potrebbero essere possibili nanocristalli con dimensioni eccezionalmente precise. Tuttavia, i meccanismi che determinano se da una specifica sintesi si formano nanopiastrine, nanocristalli di dimensioni magiche o punti quantici colloidali convenzionali rimangono poco compresi.

L'obiettivo centrale di questo progetto è sviluppare un quadro teorico universale che spieghi come emergano queste diverse modalità di crescita dei nanocristalli. La comprensione acquisita sarà utilizzata per orientare gli esperimenti verso un migliore controllo delle dimensioni, della forma e delle proprietà ottiche dei nanocristalli.

Descrizione della posizione

La persona dottoranda svilupperà descrizioni teoriche e computazionali della nucleazione e della crescita dei nanocristalli semiconduttori. Inizialmente ci si concentrerà sulla combinazione dei modelli esistenti per le nanopiastrine di CdSe e i nanocristalli di dimensioni magiche. Successivamente, il lavoro sarà ampliato per includere i punti quantici convenzionali a crescita continua e altri materiali semiconduttori, tra cui InP.

Il progetto combinerà tre approcci di modellizzazione complementari: Primo, il dottorando utilizzerà la teoria del funzionale della densità (DFT) per calcolare le energie delle superfici, dei bordi, dei gradini e dei vertici dei nanocristalli terminati da tensioattivi. Questi calcoli forniranno parametri fisicamente significativi per i modelli di crescita. Saranno inoltre utilizzati per identificare molecole tensioattive che possono stabilizzare particolari forme di nanocristalli. Secondo, il dottorando costruirà modelli di bilancio di massa che descrivono la crescita e la dissoluzione accoppiate di popolazioni di nanocristalli. Questi modelli esamineranno la crescita competitiva di nanopiastrine e nanocristalli di dimensione magica risolvendo sistemi di equazioni cinetiche accoppiate. I risultati saranno confrontati direttamente con le misure sperimentali di stabilità. I modelli saranno poi estesi per includere i punti quantici, con l'obiettivo di spiegare la transizione tra la crescita discreta e continua dei nanocristalli. Terzo, il dottorando utilizzerà simulazioni Monte Carlo cinetiche per studiare le prime fasi della crescita dei nanocristalli. Tali calcoli esamineranno come cristalliti inizialmente piccoli si sviluppino in morfologie concorrenti e come le condizioni di crescita influenzino la selezione di nanopiastrine, nanocristalli di dimensione magica o punti quantici.

Il dottorando lavorerà a stretto contatto con gli sperimentatori responsabili della sintesi dei nanocristalli e degli studi sulla crescita. Questa interazione tra teoria e sperimentazione è centrale per il progetto: i risultati sperimentali forniranno dati di input per i modelli, mentre le simulazioni guideranno la progettazione di nuovi esperimenti. I calcoli saranno eseguiti utilizzando l'infrastruttura di calcolo ad alte prestazioni di ETH Zurich. Oltre alla ricerca, il dottorando contribuirà alle attività generali di laboratorio e avrà la possibilità di partecipare alle attività didattiche e alla supervisione di studenti di bachelor e master.

Profilo

Cerchiamo un candidato curioso, motivato e autonomo, con un forte interesse per l'applicazione di metodi teorici e computazionali a problemi fondamentali della crescita dei materiali. È richiesta una solida preparazione in termodinamica, cinetica, meccanica statistica, fisica dello stato solido, chimica fisica o modellizzazione dei materiali. I candidati devono essere in possesso di, o prossimi a conseguire, una laurea magistrale in chimica, ingegneria chimica, ingegneria meccanica, scienza dei materiali, fisica, scienza computazionale o una disciplina strettamente correlata. Costituirebbe un vantaggio avere esperienza in una o più delle seguenti aree:

• Teoria del funzionale della densità e calcoli della struttura elettronica
• Monte Carlo cinetico o altri metodi di simulazione stocastica
• Soluzione numerica di equazioni differenziali o cinetiche accoppiate
• Modellazione atomistica o mesoscopica dei materiali
• Nanocristalli semiconduttori, superfici o crescita colloidale
• Programmazione scientifica
• Calcolo ad alte prestazioni

Non è richiesta un'esperienza pregressa in tutti i metodi utilizzati nel progetto. Il candidato selezionato dovrà tuttavia possedere solide basi quantitative e mostrare entusiasmo nell'apprendere nuove tecniche computazionali. Sono attesi l'eccellenza accademica, un approccio professionale alla ricerca e la capacità di lavorare in autonomia. Il candidato deve essere in grado di comunicare fluentemente in inglese, sia oralmente sia per iscritto, e dovrebbe apprezzare il lavoro in un ambiente di ricerca collaborativo e internazionale.

Offriamo

Offriamo un progetto di dottorato stimolante all'interfaccia tra teoria, calcolo e sperimentazione. Il candidato selezionato entrerà a far parte di un gruppo di ricerca collaborativo e internazionale e riceverà una formazione in diversi approcci complementari alla modellazione dei materiali. Il progetto offre opportunità di collaborazione con gruppi di ricerca esterni, accesso a strutture di calcolo avanzate, interazione con scienziati sperimentali, partecipazione a conferenze internazionali e supervisione di progetti di ricerca degli studenti.

La posizione ha sede presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e dei processi (D-MAVT), nel campus centrale di ETH Zurich a Zurigo, in Svizzera. Lo studente avrà accesso alle risorse di calcolo ad alte prestazioni di ETH Zurich. D-MAVT è un dipartimento interdisciplinare che comprende l'ingegneria meccanica, l'ingegneria dei processi, l'ingegneria chimica e l'ingegneria biomedica, nonché la robotica e il controllo. ETH Zurich offre un ambiente scientifico eccezionale con ampie opportunità di collaborazione nei settori della scienza dei materiali, della chimica, della fisica e dell'ingegneria.

Valorizziamo la diversità e la sostenibilità

In linea con i nostri valori , ETH Zurich promuove una cultura inclusiva. Promuoviamo la parità di opportunità, valorizziamo la diversità e coltiviamo un ambiente di lavoro e di apprendimento in cui i diritti e la dignità di tutto il nostro personale e di tutti i nostri studenti siano rispettati. Visita il nostro sito web dedicato alle pari opportunità e alla diversità per scoprire come garantiamo un ambiente equo e aperto che consenta a tutti di crescere e prosperare. La sostenibilità è un valore fondamentale per noi – lavoriamo costantemente per un futuro climaticamente neutro .

Curioso? Anche noi.

Attendiamo con interesse di ricevere la vostra candidatura online con i seguenti documenti in un unico PDF:

• Una lettera di presentazione che descriva la vostra motivazione per la posizione, la vostra esperienza di ricerca pertinente e i vostri principali risultati scientifici conseguiti finora (max. due pagine)
• Un CV
• Diplomi e certificati degli esami
• Recapiti di almeno tre referenti accademici o professionali

Ulteriori informazioni sul nostro laboratorio sono disponibili sul nostro sito web . Le domande relative alla posizione devono essere rivolte a David J. Norris, [email protected] (non per le candidature).

Si noti che accettiamo esclusivamente le candidature inviate tramite il nostro portale di candidatura online. Le candidature via e-mail o per posta non saranno prese in considerazione.

Stiamo cercando un candidato al dottorato a tempo pieno per sviluppare modelli teorici e computazionali della crescita di nanocristalli semiconduttori, con una data di inizio prevista a partire dal 1° ottobre 2026.

La posizione di dottorato è prevista per quattro anni con un impiego al 100% e sarà supervisionata dal Prof. Dr. David J. Norris. La posizione è subordinata all'ammissione al programma di dottorato presso ETH Zurich.

Informazioni su ETH Zürich

ETH Zurich è una delle principali università al mondo specializzate in scienza e tecnologia. Siamo rinomati per la nostra eccellente formazione, ricerca fondamentale all'avanguardia e trasferimento diretto delle nuove conoscenze nella società. Più di 30,000 persone provenienti da oltre 120 paesi considerano la nostra università un luogo che promuove il pensiero indipendente e un ambiente che ispira l'eccellenza. Situato nel cuore dell'Europa, eppure, creando connessioni in tutto il mondo, lavoriamo insieme per sviluppare soluzioni per le sfide globali di oggi e di domani.

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