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Rossella BRUNETTI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
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Pubblicazioni
2023
- Charge transport models for amorphous chalcogenides
[Capitolo/Saggio]
Brunetti, R.; Rudan, M.
abstract
The chapter addresses the issue of transport models applied to the
amorphous chalcogenides which, in the last decades, have acquired
importance in the design and manufacture of solid-state memories. After
an introductory part where the main properties of the materials are
outlined, ab initio atomistic, and semiclassical computational approaches
for the study of the atomic structure and the features of electronic states
of chalcogenides are briefly illustrated. This part is concluded by a
description of the resistance-drift phenomenon and of how the simulation
approaches contributed to the comprehension of the underlying physics.
The successive section summarizes a variety of physical models
and numerical methods useful for describing charge transport in the
materials. The issue is developed in the two subsequent sections,
dealing with microscopic and macroscopic models, respectively. The
first section of the pair addresses the trap-limited transport model in the
hydrodynamic form and discusses a 3D network of randomly placed
traps. Specific issues, like detrapping due to electron-electron interaction
and the probability of inter-trap transitions, are addressed here. Finally,
ab initio quantum models for ultrascaled devices are illustrated.
2022
- Springer Handbook of Semiconductor Devices
[Curatela]
Rudan, M.; Brunetti, R.; Reggiani, R.
abstract
No other class of materials than semiconductors, since the early identification of their electrical,
optical, and thermal properties at the beginning of the nineteenth century, has been so deeply
investigated and used to design all kinds of devices. The first theoretical models about the
physics of semiconductors, based on quantum-mechanical grounds, fueled the design of solidstate
diodes and transistors; these, in turn, have opened new horizons to electronics, computer
science, and sensors, and have greatly impacted the global market with annual revenues of the
order of 500 billion US dollars in the present days.
In turn, semiconductor companies pushed ahead the search of new semiconductor materials
and structures suited for specific applications, and urged academia and the industry’s R&D
toward the elaboration of more and more powerful simulation tools to inquire about the
effects of miniaturization, interfaces, and doping on device performance and reliability, or
to benchmark specific semiconductor properties before investing resources in expensive
innovations of the production lines.
All the above justify the effort of putting together, in this Springer Handbook of Semiconductor
Devices, many cross-disciplinary competences about present-day and near-future
semiconductor devices, namely modern concepts in solid-state physics, material science,
growth and process technology, device design, and advanced simulation strategies.
When we speak about semiconductor devices, what we consider “future” is very often
already “present time” somewhere in the world. Thus, this handbook not only includes the most
recent progress in research and technology of conventional semiconductor devices and sensors
but enlarges its view to include some specific topics related to new materials and designs,
presently at the frontier between science and technology, nonetheless suitable to be employed
in the next-generation semiconductor-technology challenges.
The handbook is organized in four parts: 1. Technological Aspects; 2. Basic Devices and
Applications; 3. New-Generation Devices and Architectures; 4 Modeling. Almost 100 leading
scientists from both academia and industry were invited to contribute to the 45 chapters of the
handbook, which has been conceived for professionals and practitioners, material scientists,
physicists, and electrical engineers working at universities, industrial R&D, and production.
Each chapter is self-contained and refers to related topics treated in other chapters when
necessary, so that the reader interested in a specific subject can easily identify a personal path
through the massive contents of the handbook.
We are very grateful to all the authors who joined this ambitious enterprise, to the referees
who generously contributed to improve the quality of the final outcome, to Springer’s editors
who patiently followed ourwork step by step, and, last but not least, to Prof. Chihiro Hamaguchi
(Osaka University) and Prof. Herman Maes (KU Leuven and imec) for providing forewords
based on their long-term experience in the field of semiconductor science and technology.
2022
- Time-Domain Analysis of Chalcogenide Threshold Switching: From ns to ps Scale
[Articolo su rivista]
Brunetti, R.; Jacoboni, C.; Piccinini, E.; Rudan, M.
abstract
A space- and time-dependent theoretical model based on a
trap-assisted, charge-transport framework for the amorphous phase of a
chalcogenide material is used here to interpret available experimental
results for the electric current of nanoscale devices in the ns--ps
time domain. A numerical solution of the constitutive equations of
the model for a time-dependent bias has been carried out for GST-225
devices. The ``intrinsic'' rise time of the device current after the
application of a suitable external bias is controlled by the
microscopic relaxation of the mobile-carrier population to the
steady-state value. Furthermore, the analysis is extended to include
the effect of the external circuit on the electrical switching. A
quantitative estimate of the current delay time due to unavoidable
parasitic effects is made for the optimised electrical set up
configurations recently used by experimental groups.
2021
- The Numerov process over a non-uniform grid
[Articolo su rivista]
Brunetti, R.; Speciale, N.; Rudan, M.
abstract
The Numerov process is a solution method applicable to some classes of differential equations, that provides an error term of the fifth order in the grid size with a computational cost comparable to that of the finite-difference scheme. In the original formulation of the method, a uniform grid size is required; the paper shows a procedure for extending its applicability to a non-uniform grid in one dimension. The effectiveness of the procedure is tested on a model problem, and comparisons with other methods are carried out. Finally, it is shown how to extend the applicability of the method to a larger class of equations; among these, the mathematical model of semiconductor devices is important in view of its applications to the integrated-circuit technology.
2021
- The Semiconductor Model Solved by the Numerov Process over a Non-Uniform Grid
[Relazione in Atti di Convegno]
Brunetti, R.; Rudan, M.
abstract
The Numerov Process (NP) provides the solution of some classes of ODEs with an accuracy much superior to that of the standard finite-difference or box-integration methods. The original formulation of NP requires a uniform grid, which is a drawback for applications to, e.g., the semiconductor-device equations. Purpose of this work is showing how a method for extending NP to a non-uniform grid is applied to the solution of the drift-diffusion model. The method keeps the fifth-order accuracy of the original NP. In the multi-dimensional case, the variable transformation illustrated in the paper is found beneficial also when standard solution schemes are used; in fact, it makes the current-density vector well defined within each grid element.
2020
- Band transport and localised states in modelling the electric switching of chalcogenide materials
[Articolo su rivista]
Brunetti, R.; Jacoboni, C.; Piccinini, E.; Rudan, M.
abstract
The role of the extended (band) states in determining the electric switching of chalcogenide materials in the amorphous phase is here analysed by means of a theoretical/simulative approach which accounts for both mobile and localised states. This goal is accomplished by including a parabolic dispersion relation for the mobile states into a set of equations of the hydrodynamic type. Simulation results have been obtained for three chalcogenides particularly appealing for technological applications. Comparison is reported with available experimental results for nanometre devices. Furthermore, a comparative analysis of the outcomes of the present model with data from other theoretical approaches based on different physical assumptions is carried out.
2020
- Solution of the Semiconductor-Device equations by the Numerov process
[Articolo su rivista]
Speciale, Nicolò; Brunetti, Rossella; Rudan, Massimo
abstract
2019
- Extending the Numerov Process to the Semiconductor Transport Equations
[Relazione in Atti di Convegno]
Speciale, Nicolò; Brunetti, Rossella; Rudan, Massimo
abstract
2017
- Implementing physical unclonable functions using PCM arrays
[Relazione in Atti di Convegno]
Piccinini, Enrico; Rudan, Massimo; Brunetti, Rossella
abstract
The stochastic nature of the switching mechanism of amorphous phase-change memory (PCM) arrays can fruitfully be exploited to implement primitives for hardware security. This paper tackles, by means of PCM, the feasibility of Reconfigurable Physical Unclonable Functions, that constitute one of the two building blocks of cryptographic applications.
2017
- Self-Heating Phase-Change Memory-Array Demonstrator for True Random Number Generation
[Articolo su rivista]
Piccinini, Enrico; Brunetti, Rossella; Rudan, Massimo
abstract
The stochastic nature of the switching mechanism of phase-change memory (PCM) arrays, which is a drawback for memory applications, can fruitfully be exploited to implement primitives for hardware security. By applying a set voltage pulse, whose amplitude corresponds to a switching probability of 50%, to a memory array initially placed in the full-reset state, half of the memory bits are statistically switched and programmed to state '1,' whereas the remainder of the bits persist in state '0.' Such a natural randomness can be exploited to create a true random number generator (TRNG), which is the building block of cryptographic applications. The feasibility of a TRNG by means of self-heating PCM cells is assessed and demonstrated through simulations based upon the random network model, i.e., a microscopic transport model previously developed and tested by the authors.
2017
- Time- and space-dependent electric response of Ovonic devices
[Articolo su rivista]
Jacoboni, C.; Piccinini, E.; Brunetti, R.; Rudan, M.
abstract
A time- and space-dependent 1D model including the self-consistent solution of the Poisson equation is presented to study the electric response of nanometer Ovonic samples. The model accounts for the main features of the relevant microscopic processes occurring inside the material, and is easily incorporated in commercial device-simulation tools. Numerical results are presented and discussed for Ovonic samples of different lengths and material parameters, and successfully compared to recent optimized experimental results for AgInTeSb. The analysis indicates a very short intrinsic response time of Ovonic devices, of the order of tens of ps and a minimum device length of the order of 5-10 nm, in order to guarantee the device functionality. Tests on the sensitivity of the model on some physical parameters have also been carried out.
2017
- Transport scaling limits of ovonic Devices: a simulative approach
[Relazione in Atti di Convegno]
Jacoboni, Carlo; Piccinini, Enrico; Brunetti, Rossella; Rudan, Massimo
abstract
The transport scaling limits of Ovonic devices are studied by means of a numerical solution of a time- and space-dependent transport models based on a set of equations that provide a good physical grasp of the microscopic process at hand. The predictivity of the approach has been confirmed through the comparison with recent experimental results where the parasitic effects have been reduced by the use of top-technology measuring equipments. The present analysis is performed for the AgInSbTe chalcogenide, since this material exibits a steep threshold-switching dynamics which makes it promising for high-speed non-volatile memory applications.
2016
- Closed-form transition rate in hopping conduction
[Relazione in Atti di Convegno]
Piccinini, Enrico; Rudan, Massimo; Brunetti, Rossella
abstract
A general expression is worked out for the trap-to-trap transition probability per unit time, applicable to amorphous materials where charge conduction is dominated by localized states. The outcome is a closed-form expression involving temperature and local electric potential. It is suitable for inclusion into hydrodynamic or energy-balance numerical solvers to be used for simulating devices based on amorphous materials.
2016
- Electric Response of Ovonic Materials to Oscillating Potentials
[Relazione in Atti di Convegno]
Piccinini, Enrico; Brunetti, Rossella; Rudan, Massimo; Jacoboni, Carlo
abstract
This paper presents a computational analysis, by means of a compact model, of the electric response of an Ovonic Threshold-Switch device embedded in a circuit subjected to an oscillatory bias.
2016
- Transient and Oscillating response of Ovonic devices for high-speed electronics
[Articolo su rivista]
Piccinini, Enrico; Brunetti, Rossella; Bordone, Paolo; Rudan, Massimo; Jacoboni, Carlo
abstract
The electric response of Ovonic devices to a time-dependent voltage is analysed by means of a charge-transport model previously proposed by the authors. The numerical implementation of the model shows that the features of the I(V) characteristics depend not only upon the external bias, but also on more complex effects due to the interplay between intrinsic microscopic relaxation times and the inevitable parasitic elements of the system.
Either stable or oscillating solutions are found according to the position of the load line. The model also allows for speculations on the potential of Ovonic materials in the design of selector devices for two-terminal non-volatile memories.
2016
- Vinca il migliore. L’agonismo nel mondo naturale dal nucleo atomico alla scala cosmica
[Esposizione]
Brunetti, Rossella; Battistuzzi, Gianantonio; Malavasi, Giancarlo; Bosi, Giovanna; Barbieri, Giovanna
abstract
Il progetto 2016 del ciclo La Curiosità fa lo Scienziato ha proposto una riflessione sui temi della competizione e collaborazione nel mondo naturale, coinvolgendo gli ambiti disciplinari di fisica, chimica e scienze naturali.
In tutto il mondo naturale osservabile equilibri e dinamiche sono riconducibili ad entità in competizione, secondo regole che si vanno scoprendo man mano che aumenta la capacità di interrogare la natura. In fisica entrano nell’arena poche forze fondamentali, dalla micro scala atomica fino alla macro scala cosmologica. In chimica diversi composti competono nel determinare l’evoluzione e gli effetti delle reazioni. Nel mondo biologico il rapporto che si stabilisce in un determinato ambiente tra le varie specie animali e vegetali, legate tra loro da relazioni antagonistiche, ma anche mutualistiche, è condizione indispensabile per la sopravvivenza.
Gli incontri previsti all’interno del Progetto, dedicati a platee di età diverse, hanno sempre incluso conversazioni a tema arricchite da esperimenti includendo in talune circostanze anche esecuzioni di brani musicali. Le attività hanno complessivamente raggiunto un pubblico di circa 1200 persone.
Nel seguito vengono elencate e brevemente descritte le varie attività svolte. Il materiale documentale prodotto durante il Progetto è messo a disposizione a libero accesso sul sito del Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche dell’Università di Modena e Reggio Emilia al link:
http://www.outreach.fim.unimore.it/site/home/divulgazione/la-curiosita-fa-lo-scienziato
2015
- Intrinsic Electric Oscillations of Ovonic Devices towards the TeraHerz limit
[Relazione in Atti di Convegno]
Piccinini, Enrico; Buscemi, Fabrizio; Rudan, Massimo; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
The time-dependent response of Ovonic devices to an electric potential ramp signal
is analysed by means of an enhanced version of a previously published time-dependent charge-
transport model proposed by the authors. Depending on the inevitable parasitics of the system,
either stable or oscillating solutions are found according to the position of the load line. The
model also allows for speculations on the potential of Ovonic materials in the design of high-
frequency oscillating circuits close to the terahertz range.
2015
- Intrinsic and Extrinsic Stability of Ovonic-Switching Devices
[Relazione in Atti di Convegno]
Buscemi, Fabrizio; Piccinini, Enrico; Brunetti, Rossella; Rudan, Massimo
abstract
The time evolution of current and voltage in Ovonicswitching devices is affected, on one side, by parasitic
elements due to contacts and connectors and, on the other one, by the internal-relaxation mechanisms of the material itself. The two aspects, respectively termed here “intrinsic” and “extrinsic” dynamics, are investigated in this paper on the basis of the time-dependent, trap-limited conduction model proposed by the authors for investigating this type of devices.
2015
- Ovonic Material for Memory Nano-Devices: stability of the I(V) measurements
[Relazione in Atti di Convegno]
Rudan, Massimo; Piccinini, Enrico; Buscemi, Fabrizio; Brunetti, Rossella
abstract
Measurements of the I(V) characteristic in Ovonic semiconductors are notoriously unstable. Experimental setups must therefore rely on pulsed schemes in which only the positive-slope branches of the characteristic are detected. This paper considers the time-dependent, trap-limited conduction model proposed by the authors for investigating this type of devices, and shows that the model is suitable for stability analysis. The conditions that make the measurement stable are assessed; also, examples of simulations in the oscillatory regime are given, in the field-driven case.
2015
- Suono: cibo dell'anima
[Esposizione]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; Morten, Bruno
abstract
Tra tanto parlar di cibo, proviamo a parlare anche di cibo dell’anima, cioè di musica e dei suoni di cui la musica si compone. Dai tempi più antichi delle comunità umane non c’è cultura che non abbia sviluppato la propria musica e i propri strumenti per produrla, non c’è festa o banchetto, lieto o triste evento che non sia accompagnato da musica. La musica è così “innata” nell’uomo che qualcuno sostiene che forse si è cominciato a cantare prima che a parlare….Comunque sia andata il cibo dell’anima è sempre esistito per tutti, nobili, colti, ricchi, semplici o poveri.
L’esplorazione della natura fisica del suono e delle possibilità di produzione ed elaborazione dei suoni hanno accompagnato lo sviluppo della scienza dalle epoche più antiche fino alla nostra era digitale. Le possibilità aperte all’impiego tecnologico e artistico dei suoni sono aumentate di pari passo con la conoscenza fisica e la capacità manipolativa del mondo sonoro. Questa eredità preziosa, che ha attraversato e coinvolto tutte le civiltà, è, come poche altre, un patrimonio planetario comune di Scienza, Tecnologia e Arte.
Il progetto 2015 del ciclo La Curiosità fa lo Scienziato propone una esplorazione della natura fisica del suono, con alcuni approfondimenti tematici sulle possibilità offerte dagli strumenti musicali tradizionali e dalla voce umana e anche sulla manipolazione digitale del suono. L’ illustrazione dei contenuti scientifici e tecnologici relativi al mondo dei fenomeni sonori mostrerà come un sapere scientifico molto antico si è tramandato attraverso i secoli e si è progressivamente arricchito attraverso l’avanzamento delle Scienze e della Tecnologia, mantenendo ancora sorprendentemente “giovani” e attuali i contenuti delle antiche teorie e pratiche.
Gli incontri previsti all’interno del Progetto e dedicati a platee di età diverse includono conversazioni a tema arricchite da esperimenti ed esecuzioni di brani musicali.
2014
- A 5th-order method for 1D-device solution
[Relazione in Atti di Convegno]
Buscemi, F.; Rudan, M.; Piccinini, E.; Brunetti, R.
abstract
The so-called Numerov process provides a three-point interpolation with an ∼η5 accuracy in grid's size η, much better than the standard finite-difference scheme that keeps the ∼η2 terms. Such a substantial improvement is achieved with a negligible increase in computational cost. As the method is applicable to second-order differential equations in one dimension, it is an ideal tool for solving, e.g., the Poisson and Schrödinger equations in ballistic electron devices, where the longitudinal (that is, along the channel) problem is typically separated from the lateral one and solved over a uniform grid. Despite its advantage, the Numerov process has found limited applications, due to the difficulty of keeping the same precision in the boundary conditions. A method to work out the boundary conditions consistently with the rest of the scheme is presented, and applications are shown. © 2014 IEEE.
2014
- A chi la vera Gloria? Le verità della Scienza sulla Luce
[Esposizione]
Brunetti, Rossella; Bisi, Olmes; Ossicini, Stefano
abstract
Il progetto ha presentato esperimenti illustranti le teorie corpuscolare e ondulatoria della luce commentati e drammatizzati per un pubblico di non esperti.
2014
- A fifth-order method for 1D device solution
[Relazione in Atti di Convegno]
Buscemi, Fabrizio; Rudan, Massimo; Piccinini, Enrico; Brunetti, Rossella
abstract
The so called Numerov process provides an inexpensive, accurate discretization scheme for second-order equations. In this paper the Numerov process has been made applicable to practical cases with typical applications to numerical solution of the coupled Schroedinger Poisson equations. Here the feasibility of the 5-th order method is proved for the longitudinal part of the wave equation.
2014
- Efficient Numerics for Thermally-Assisted trap-limited Conduction in Chalcogenides
[Relazione in Atti di Convegno]
Piccinini, Enrico; Rudan, Massimo; Buscemi, Fabrizio; Brunetti, Rossella
abstract
The hydrodynamic model for the trap-limited conduction regime in amorphous materials, used in the description of phase-change memory devices, is re-examined from the viewpoint of numerical efficiency. Among other features, the approach presented here avoids the calculation of integrals involving the distribution function during the iterative solution, and makes the proposed solution scheme suitable for incorporation into general-purpose device simulators.
2014
- Electrical bistability in amorphous semiconductors: a basic analysical theory
[Articolo su rivista]
Buscemi, Fabrizio; E., Piccinini; Cappelli, Andrea; Brunetti, Rossella; M., Rudan; Jacoboni, Carlo
abstract
An analytical theory of electrical bistability in amorphous semiconductors is presented and validated for chalcogenide amorphous materials.
2014
- High-order solution Scheme for transport in low-D devices
[Relazione in Atti di Convegno]
Buscemi, Fabrizio; Piccinini, Enrico; Brunetti, Rossella; Rudan, Massimo
abstract
The numerical approach to quantum transport in nanowires and
nanotubes in the ballistic regime requires an accurate numerical
solution of the coupled Schrödinger and Poisson equations. Here the
feasibility of a 5th-order method is proved for the longitudinal part of
the wave equation. The effectiveness of the method is demonstrated on a
ballistic device.
2014
- Time-dependent transport in amorphous semiconductors: instability in the field-controlled regime
[Articolo su rivista]
Buscemi, Fabrizio; Piccinini, E.; Brunetti, Rossella; Rudan, M.; Jacoboni, C.
abstract
A time-dependent trap-limited conduction scheme is used to analyze the transient behavior of bistable homogeneous amorphous semiconductors when either the electric field or the current density is prescribed. Numerical outcomes confirm that, for a current-controlled system, the working point is unique and stable in any region of the current-voltage characteristic, while in a field-controlled system the negative differential-resistance region is unstable even in absence of circuit parasitics. The proposed theoretical approach represents a valid tool to grasp the relevant time-dependent features of the Ovonic switching in chalcogenide materials.
2013
- 3D-nHD: a Hydrodynamic Model for trap-limited conduction in a 3d network
[Relazione in Atti di Convegno]
Cappelli, Andrea; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; Xiong, E. P. i. c. c. i. n. i. n. i. F.; A., Behnam; E., Pop
abstract
a 3d model for trap-limited conduction that makes use of a nonlinear resistance network is presented and applied to conduction in chalcogenide materials.
2013
- Attrazioni fatali: Legami invisibili che danno forma all’Universo
[Esposizione]
Brunetti, Rossella; Battistuzzi, Gianantonio
abstract
Il Dipartimento FIM ha partecipato al Festival Filosofia 2013 sull’amare con una installazione scientifica interattiva dal titolo:
ATTRAZIONI FATALI - Legami invisibili che danno forma all’universo
“Amore è tutta questione di chimica.
Ma se con il tuo sguardo magnetico vieni respinto…
o non sei attratto da nessuno…
Prova con un buco nero!”
L’installazione, a ingresso libero e ospitata dalla Biblioteca Delfini dalle 15 alle 20 nei giorni 13, 14 e 15 settembre 2013, è nata da una collaborazione tra UniMore, l’Associazione Inco.SCIENZA e la Biblioteca Delfini e ha trattato i temi: gravità, interazioni elettromagnetiche, legami tra particelle. Coordinatori scientifici sono stati Rossella Brunetti (Dip. di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche) e Gianantonio Battistuzzi (Dip. di Chimica e Scienze della Terra).
Attraverso esperimenti, filmati, giochi e poster a tema i visitatori sono stati condotti a gettare uno sguardo su attrazioni e repulsioni nel linguaggio della fisica e della chimica per sperimentare una nuova chiave interpretativa di noi stessi e di ciò che sta fuori di noi.
Attrazioni o repulsioni non sono solo relazioni umane: esistono alle radici del mondo osservabile e sono dentro di noi, determinano la nostra percezione della realtà e il nostro essere all’interno del mondo naturale. I fisici le chiamano “forze”.
Attrazione fatale della mela verso la terra, ma anche della Terra verso il nostro sole e, ancora oltre, del nostro sole al cuore pulsante della nostra galassia. L’ assenza di questa attrazione fatale, che crea un “sopra” e un “sotto”, un “alto” e un “basso” nella nostra vita quotidiana, ci consente di allontanarci da noi stessi e vedere la dimensione umana da un orizzonte più vasto sul quale la fragilità e l’unicità dell’essere umano si contemplano con orgoglio e con sgomento assieme.
Poi altre attrazioni e repulsioni fatali plasmano la materia, creano o distruggono legami chimici, forniscono vita alle nostre cellule. Nel mondo degli atomi che ci compongono, ora meno segreto, c’è l’”amore” , cioè l’attrazione, ma anche l’”odio”, il suo opposto, la repulsione.
Come nelle umane vicende, anche nella fisica amore e odio, attrazione e repulsione, dettano regole e stabiliscono rapporti, influenzano comportamenti e prospettano possibili scenari. Le regole del gioco questa volta sono chiare, prevedibili, descritte dal linguaggio universale della matematica.
Gettate uno sguardo assieme a noi sull’amore e l’odio nel mondo della fisica: il vostro!
L’installazione ha presentato poster illustrativi, caroselli di diapositive a tema, piccoli filmati significativi, e due “tavoli sperimentali” di semplici esperienze da realizzare con il pubblico sotto la guida di atelieristi a tema: “gravità” e “interazioni elettromagnetiche”, secondo il seguente schema.
2013
- Conductive preferential paths of hot carriers in amorphous phase-change materials
[Articolo su rivista]
Cappelli, Andrea; E., Piccinini; F., Xiong; A., Behnam; Brunetti, Rossella; M., Rudan; E., Pop; Jacoboni, Carlo
abstract
Charge transport properties of amorphous phase-change materials (PCM) are studied using a set of balance equations applied to a 3D random network of sites.
2013
- Microscopic Description of the Inter-Trap Transitions in a-Chalcogenides
[Relazione in Atti di Convegno]
Massimo, Rudan; Fabio, Giovanardi; Buscemi, Fabrizio; Brunetti, Rossella; Giuliano, Marcolini
abstract
The physics of trap-to-trap transitions in chalcogenide materials is worked out as a combination of energy and space transitions. A microscopic master equation is written suitable to be included into device simulations.
2013
- Modeling the Dynamic Self-Heating of PCM
[Relazione in Atti di Convegno]
Marcolini, Giuliano; Giovanardi, Fabio; Rudan, Massimo; Buscemi, Fabrizio; Piccinini, Enrico; Brunetti, Rossella; Cappelli, Andrea
abstract
The dynamic scheme for extracting parameters of the phase-change
memories is examined. The experimentallyobserved behavior due to the
heating and quenching of the material is modeled by a set of
differential and algebraic equations. The method allows one to extract
important design parameters of the PCM, along with their temperature
dependence.
2013
- Multilevel modeling for charge transport in ovonic chalcogenide materials and devices
[Articolo su rivista]
M., Rudan; A., Giovanardi; E., Piccinini; Buscemi, Fabrizio; Brunetti, Rossella; Cappelli, Andrea; G., Marcolini; Jacoboni, Carlo
abstract
A sound physical model for electric conduction in ovonic materials is presented.
2013
- Novel 3D random-network model for threshold switching of phase-change memories
[Relazione in Atti di Convegno]
Piccinini, Enrico; Cappelli, Andrea; Xiong, Feng; Behnam, Ashkan; Buscemi, Fabrizio; Brunetti, Rossella; Rudan, Massimo; Pop, Eric; Jacoboni, Carlo
abstract
The onset of crystallization in phase-change memory devices is studied
by simulating an initially amorphous sample through a disordered
network of localized states. The transport of charge and electron
energy is self-consistently coupled to the Poisson and the Fourier
heat equations, so that crystallization sites are found at the nanoscale.
Results show how Ovonic switching and crystallization are both correlated
to the formation of hot-carrier conduction paths, and the conditions
for the occurrence of these phenomena are investigated. The model
is then validated against data from ultra-scaled carbon-nanotube-contacted
devices. Device-to-device variability of macroscopically identical
devices is also analyzed.
publisher = {IEEE},
title = {Novel 3D random-network model for threshold switching of phase-change
memories},
2012
- Accendiamo la mente per capire la luce: di tutto e di più sul filo invisibile che lega il mondo
[Esposizione]
Brunetti, Rossella; Bisi, Olmes
abstract
Scopo del progetto è avvicinare al mondo della ricerca scientifica, formare interessi e capacità critiche nei confronti della letteratura di divulgazione e, più in generale, dei codici di comunicazione della scienza contemporanea. Inoltre, promuovere un ruolo attivo degli insegnanti nel processo di disseminazione dei progressi della conoscenza. La sezione didattica del programma si svolge lungo l’intero anno scolastico, scandito da appuntamenti collettivi, lavoro in classe e letture individuali.
Il tema scelto per l’anno scolastico 2012/13, fortemente multidisciplinare, ha come titolo:
Accendiamo la mente per capire la luce:
di tutto e di più sul filo (visibile e invisibile) che lega il mondo
Comitato organizzatore:
Rossella Brunetti, Olmes Bisi (UniMoRe)
Cinzia Pollicelli, Angela Pacillo (Comune di Modena)
La luce è una presenza essenziale per la vita. Sulla sua natura ci si interroga fin dall’antichità, elaborando modelli e teorie tra mito e scienza. Il cielo luminoso ha costituito il primo laboratorio scientifico per l’umanità, unico per millenni. La scoperta delle onde elettromagnetiche ha ampliato il campo di interesse con la comparsa delle “luci invisibili”. Scopo di questo progetto di diffusione dei progressi della scienza e della tecnologia è riflettere sulla natura fisica della luce, mettendo in evidenza i profondi legami tra la luce e la vita, la luce e la conoscenza scientifica, la luce e la tecnologia. Scopriremo che la luce è un visibile ed invisibile filo che lega il mondo che conosciamo, la sua origine e i suoi destini e una realtà fisica che determina in modo fondamentale la nostra stessa vita. Ci faranno da guida alcuni esperimenti con cui gli scienziati interrogano la natura della luce o strumenti che utilizzano la luce per migliorare la qualità della vita e la frontiera della conoscenza.
Il ciclo comprenderà:
1 Laboratorio per le Scuole Elementari (ultimi due anni) e Medie che verrà realizzato presso la Biblioteca Civica Delfini.
2 Gite ad Atelier legati ai Temi della Luce presenti sul territorio regionale.
2 Laboratori per le Scuole Superiori (presso Laboratori di Ricerca universitari).
3 conferenze serali
E’ prevista anche la produzione di un DVD a conclusione dell’esperienza che verrà distribuito a tutte le Scuole di Modena e Provincia. I contenuti del DVD permetteranno agli insegnanti di condurre in parte o completamente l’esperienza senza l’aiuto degli esperti.
2012
- Diffusion and high-Frequency noise of electrons in amorphous semiconductors at low electric fields
[Articolo su rivista]
F., Buscemi; E., Piccini; M., Rudan; Brunetti, Rossella; C., Jacoboni
abstract
The ohmic conduction, diffusion and noise in amorphous semiconductors are investigated by means of Monte Carlo simulations.
2012
- Hot-Carrier trap-limited transport in switching chalcogenides
[Articolo su rivista]
E., Piccinini; Cappelli, Andrea; F., Buscemi; Brunetti, Rossella; D., Ielmini; M., Rudan; Jacoboni, Carlo
abstract
Hot-Carrier trap-limited transport in switching chalcogenides is studied by means of a numerical procedure which extends the traditional hydrodynamic approach used for transport in bulk semiconductor systems.
2012
- Many-Level Trap-to-Band Transitions in Chalcogenide Memories
[Relazione in Atti di Convegno]
Rudan, Massimo; Buscemi, Fabrizio; Marcolini, Giuliano; Giovanardi, Fabio; Cappelli, Andrea; Piccinini, Enrico; Brunetti, Rossella
abstract
The effect of cooperative electron-electron interaction on trap-limited transport is analysed.
2011
- Low-field electron diffusion and noise in amorphous chalcogenides
[Relazione in Atti di Convegno]
F., Buscemi; E., Piccinini; Brunetti, Rossella; M., Rudan; Jacoboni, Carlo
abstract
The low-field electric conduction in amorphous chalcogenides is here investigated by means of a Monte Carlo implementation of a full three-dimensional variable-range hopping transport model between localized states. Macroscopic features of the electrical conduction are obtained from numerical simulations and then used toestimate the linear region of the current density-voltage. The latter fits the experimentaldata. Our transport scheme also reproduces the temperature behavior of the conductivity typical of non-crystalline solids. The present investigation provides a basic schemeto be extended for the analysis of electron transport in chalcogenide glasses at high-field regimes.
2011
- Quantum electronic band to trap transitions in chalcogenides induced by electron-electron interaction
[Relazione in Atti di Convegno]
F., Buscemi; E., Piccinini; F., Giovanardi; M., Rudan; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
Charge transport in amorphous-chalcogenide materials used formanufacturing memory devices is determined by two mechanisms: hoppingof trapped electrons and motion of band electrons. Electron-electroninteraction is investigated here as one of the mechanisms mainlyresponsible for the trap-to-band transitions. The problem is tackledusing a fully quantum-mechanical approach by numerically solving thetwo-particle, time-dependent Schr\"odinger equation. The results showthat the detrapping probability increases with the current density,this supporting the interpretation by which successiveelectron-electron scattering events may play a major role in thedetermining the snap-back of the $I(V)$ characteristic in this kind ofmaterials.
2011
- Uomini e Computer: La nuova alleanza
[Altro]
Brunetti, Rossella; Bergamaschi, Sonia; Bandieri, Paola
abstract
La maggior parte di noi ha una discreta familiarità con i computer, con Internet e con il Web, con gli elaboratori di immagini e suoni. L’Informatica invece, cioè l’insieme dei processi e delle tecnologie che rendono possibile la creazione, la raccolta, l’elaborazione, l’immagazzinamento e la trasmissione dell’informazione con metodi automatici, la più giovane delle Scienze esatte, rimane ancora abbastanza sconosciuta ai più. Il computer, protagonista per eccellenza della rivoluzione culturale introdotta dallo sviluppo delle tecnologie informatiche, ha cambiato nel giro di circa cinquanta anni dimensioni e potenzialità diventando uno strumento indispensabile per poter ampliare i nostri orizzonti tecnologici e culturali e per partecipare alla “cultura globale” creata dalle reti informatiche.Si discute molto se l’enorme mole di informazione manipolabile ed accessibile attraverso il computer porti effettivamente ad un “progresso” culturale dell’uomo oppure, invece, porti ad una perdita di controllo della propria identità e dei propri veri connotati in una confusione ineliminabile tra l’immagine truccata e distorta del mondo “virtuale” e quella del mondo reale che la genera.Una esplorazione sulle applicazioni tecnologiche e culturali più avanzate dell’informatica offre la possibilità di recuperare una “nuova alleanza” tra l’uomo e le macchine, tra la irriproducibile individualità della mente umana e la moltiplicazione dell’io creata dal Web, tra l’atto creativo dell’artista e le leggi esatte che presiedono il comportamento dei computer.Il progetto ha come scopo quello di avvicinare gli studenti delle Scuole Elementari e Superiori e la cittadinanza modenese agli sviluppi più avanzati della scienza e tecnologia informatica. Si discuteranno principalmente i progressi tecnologici legati alla robotica, i modelli informatici per l’intelligenza artificiale, la rivoluzione nella gestione dell’informazione introdotta dal Web, l’impatto dell’informatica nel mondo dello spettacolo e dell’arte.Sono stati realizzati:3 Laboratori per le Scuole Elementari3 Incontri per le Scuole Superiori3 conferenze seraliProduzione di un DVD a conclusione dell’esperienza
2011
- Voltage snapback in amorphous-GST memory devices: transport model and validation
[Articolo su rivista]
M., Rudan; F., Giovanardi; E., Piccinini; F., Buscemi; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
Charge transport in amorphous chalcogenide-GST used for memory devices is modeled using two contributions: hopping of trapped electrons and motion of band electrons in extended states. The type of feedback that produces the snapback phenomenon is described as a filamentation in energy that is controlled by electron-electron interactions between trapped electrons and band electrons. The model thus derived is implemented within a state-of-the-art simulator. An analytical version of the model is also derived and is useful for discussing the snapback behavior and the scaling properties of the device.
2010
- Facciamo Ordine! Simmetrie e Asimmetrie tra Natura e Pensiero.
[Altro]
Brunetti, Rossella; Bandieri, Paola; Fontana, Daniela
abstract
La Natura che ci circonda e di cui facciamo parte mostra una forte propensione alla simmetria, anche se alcune fondamentali asimmetrie condizionano il nostro mondo e i nostri gusti.Percorso per la scuola media superiore: ha forte valenza interdisciplinare e conduce i ragazzi verso le simmetrie e le asimmetrie attraverso gruppi dei, fregi, dei rosoni e gruppi cristallografici, i fenomeni astrofisici, i minerali ed i fossili.Percorso per le scuole elementari: si propone di avvicinare i bambini di IV e V elementare ad un concetto così astratto quale la simmetria, attraverso esperienze di vita quotidiana e attività manuali.Conferenze pubbliche: ciclo di conferenze divulgative che spaziano tra matematica, astrofisica, scienze naturali ed anche la musica.
2010
- Modeling of the voltage snap-back in amorphous gst memory devices
[Relazione in Atti di Convegno]
M., Rudan; F., Giovanardi; T., Tsafack; X., Xiong; E., Piccinini; F., Buscemi; A., Liao; E., Pop; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
Charge transport in amorphous chalcogenide-GST used for memory devices is modeled by means of two contributions: hopping of trapped electrons and motion of band electrons. Field-induced emission is accounted for as the mechanism mainly responsible for the trap-to-band transitions. The experimental snap-back behavior of the I(V) curves is reproduced even in the simple case of one-dimensional, uniform structures as the one considered in the paper.
2009
- A new hopping model for transport in chalcogenide glasses
[Relazione in Atti di Convegno]
Rudan, M.; Giovanardi, F.; Piccinini, E.; Buscemi, F.; Brunetti, R.; Jacoboni, C.
abstract
2009
- Investigation of charge transport in amorphous ge2sb2te5 using the variable-range hopping model
[Relazione in Atti di Convegno]
E., Piccinini; F., Buscemi; T., Tsafack; M., Rudan; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
Chalcogenide GST materials can suitably beexploited for manufacturing phase-change memory devices.In this paper a transport model for the amorphousphase of GST is investigated, based on the variable-range,hopping-electron model. The model is implemented bythe Monte Carlo method using the current-driven mode inboth implementations. It is applied to a device consistingof a nanometric layer of amorphous Ge2Sb2Te5 in contactwith two planar metallic electrodes. The mechanisms governingelectron transport within the device are discussedin relation to the variation of external parameters, such asoperating current and trap density.
2009
- Monte Carlo simulation of charge transport in amorphous chalcogenides
[Relazione in Atti di Convegno]
E., Piccinini; F., Buscemi; M., Rudan; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
Chalcogenide $mathrm{Ge_2Sb_2Te_5}$ material (GST) can suitably be exploited for manufacturing phase-change memory devices. Crystalline GST exhibits an almost Ohmic I(V) curve. In contrast, the amorphous GST shows a high resistance at low biases while, above a threshold voltage, a transition takes place from a highly resistive to a conductive state, characterized by a swift rise of the current along with a voltage snap back ~cite{Pirovano2004} .A clear and correct understanding of the threshold behavior is of the utmost importance for exploiting GST in the fabrication of innovative nonvolatile memories.Experimental structural information and first-principle studies of amorphous GST suggest that the most appropriate transport picture is the one based on hopping processes through localized states~cite{Mott1961} due to a combination of tunneling and thermal excitation.A trap-conduction model is used in this work, where the current flow is due to electron hopping among donor-type traps.Transitions are accounted for according to the variable-range hopping theory. The electron phonon-assisted transition rate is evaluated according to the rate equation in ~cite{miller1960}, taking into account nonlinear effects in the electric field. The physical model summarized above is used for the first time to evaluate the electrical properties of a nanometric 3D layer of amorphous GST in contact with two metallic electrodes by means of a Monte Carlo simulation.The standard voltage-driven Monte Carlo framework has been modified into a current-driven simulation, which better compares to the typical experimental setup.The numerical procedure includes a self-consistent solution of the electric potential. The latter, in fact, has a strong influence onto the hopping rate.Results show that a realistic theoretical transport framework based on the variable-range hopping yields a complete microscopic description of the mechanism governing the threshold switching. In particular, the snap-back effect is correlated to the formation of domains of opposite charges within the device.egin{thebibliography}{9}ibitem{pirovano2004} A. Pirovano, A. Lacaita, A. Benvenuti, F. Pellizzer, and R. Bez, extit{IEEE Trans. Electron. Devices}, vol.51(3), p.452 (2004).ibitem{Mott1961} N.F. Mott and E.A. Davis, extit{Electronic Processes in Non-Crystalline Materials}, Oxford: Clarendon Press (1961).ibitem{miller1960} A. Miller and E. Abrahams, extit{Phys.
2009
- Monte Carlo simulation of charge transport in amorphous chalcogenides
[Articolo su rivista]
F., Buscemi; E., Piccinini; Brunetti, Rossella; M., Rudan; Jacoboni, Carlo
abstract
The most peculiar feature exhibited by $I(V)$ characteristics of amorphous chalcogenides materials is undoubtly its S-shape given by a negative differential-resistance behavior. In order to pursue a theoretical control of such a behavior so important for technological exploitation, in this paper we give a microscopic particle description of the charge transport across a simple device of amorphous $mathrm{Ge_2Sb_2Te_5}$ sandwiched between two planar metallic contacts. Specifically, a transport scheme based on the generalization of the variable range hopping has been implemented in a current-driven Monte Carlo simulation that allows one to investigate the aspects of the microscopic picture responsible for the electrical properties of the device. Results obtained are compared with experimental data.% and the other models available in the literature.
2009
- Terra Inquieta: Scienza per conoscere, tecnologia per prevenire le catastrofi naturali
[Esposizione]
Brunetti, Rossella; Fontana, Daniela
abstract
La Terra è una cosa viva, in continua evoluzione. Il pianeta mostra frequentemente l’incontenibile energia associata ai suoi eventi di trasformazione. Tsunami, eruzioni vulcaniche, frane, alluvioni, terremoti e grandi cambiamenti climatici producono effetti planetari che, indirettamente o direttamente, coinvolgono tutti noi nell’arco di una singola vita. Purtroppo ci si accorge di violare gli equilibri della Terra e di sottovalutare le sue costanti trasformazioni solo in occasione dello scatenarsi di quegli eventi naturali che, spesso, diventano catastrofi unicamente per causa umana.La scienza aiuta a trovare una giustificazione a una violenza distruttiva che altro non è che la dimostrazione che la Terra è un pianeta attivo. Per capire come e perché si scatenano i fenomeni che tanto ci spaventano, si deve passare attraverso la ricostruzione degli eventi naturali del passato e del presente alla luce delle attuali conoscenze scientifiche, scoprendo che non esistono vulcani assassini o onde killer, ma solo l’incapacità umana di convivere armonicamente con il pianeta. La tecnologia offre un valido aiuto ad una serena convivenza con gli eventi naturali, ma solo a patto che gli insediamenti e le attività umane mettano in atto comportamenti responsabili nei confronti dell’ambiente.Autorevoli scienziati, divulgatori ed esperti di Protezione civile guideranno il pubblico in tema di comprensione, monitoraggio, prevenzione e gestione di grandi eventi naturali raccontando, nell’occasione degli incontri, anche di sé stessi come scienziati, tecnici e promotori di cultura scientifica. I relatori individuati sono esperti ai massimi livelli nell'ambito della ricerca scientifica ( Prof. Enzo Boschi, docente di sismologia all'Università di Bologna), della divulgazione (Dott. Alberto Angela, Dott. Mario Tozzi (da confermarsi)), della Protezione civile (Guido Bertolaso (da confermarsi)).1. Per bambini a frequenza libera e scuole elementariDue incontri con gli esperti alla Biblioteca Delfini (numero chiuso, massimo 30 partecipanti).Un laboratorio itinerante da realizzarsi in due incontri presso una o più scuole elementari di Modena (su prenotazione, da confermarsi).2. Per le scuole superioriDopo una lezione introduttiva, le classi partecipanti lavoreranno su testi divulgativi, approfondendo un particolare aspetto scientifico o tecnologico delle catastrofi naturali e della loro previsione e prevenzione. Insegnanti e studenti potranno contare sui libri distribuiti in omaggio (per il suo carattere divulgativo, il libro adottato sarà M. Tozzi, Catastrofi, 250 anni di lotta tra l'uomo e la natura, Rizzoli 2005), oltre che sulla consulenza degli esperti esterni e dei docenti di UniMoRe promotori del progetto. La Biblioteca Delfini fornirà consulenza in merito alla documentazione scientifica a carattere divulgativo.A seguito degli incontri introduttivi e delle attività svolte in classe, i ragazzi realizzeranno un'intervista collettiva guidata a uno scienziato, per poi dedicarsi alla redazione di un articolo di divulgazione scientifica rispettando un format giornalistico. Nella giornata conclusiva le classi presenteranno i lavori prodotti.Il progetto è a numero chiuso con prenotazione obbligatoria fino ad un massimo di 150 studenti.3. Per la cittadinanzaQuattro conferenze serali seguite da un dibattito tenute in prestigiose sedi modenesi legate alla promozione culturale. Direzione scientifica e organizzazione: Rossella Brunetti (UniMoRe, Dip. di Fisica), Daniela Fontana (UniMoRe, Dip. di Scienze della terra), Gianantonio Battistuzzi (UniMoRe, Dip. di Chimica), Rodolfo Cecchi (UniMoRe, Dip. di Ingegneria Meccanica, dell’Ambiente e del Territorio); Meris Bellei, Angela Pacillo, Cinzia Pollicelli (Biblioteche del Comune di Modena).
2008
- Band calculation for the exagonal and FCC Chalcogenide Ge2Sb2Te5
[Relazione in Atti di Convegno]
E., Piccinini; T., Tsafack; F., Buscemi; Brunetti, Rossella; M., Rudan; Jacoboni, Carlo
abstract
The paper addresses the calculation of the band structure fordifferent phases of the chalcogenide Ge2Sb2Te5 compound,which is raising considerable interest in view of the applications tothe nonvolatile-memory technology. The band structure is necessary fordetermining the charge- and heat-transport properties of the material.The band diagram of the face-centered cubic phase, which is the mostimportant one for the operation of phase-change memories, is shown forthe first time.
2008
- Biased Molecular Simulations for Free-Energy Mapping: A Comparison on the KcsA Channel as a Test Case
[Articolo su rivista]
Piccinini, E; Ceccarelli, M; Affinito, F; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
The calculation of free-energy landscapes in proteins is a challenge for modern numerical simulations. As to the case of potassium io channels is concerned, it is particularly interesting because of the nanometric dimensions of the selectivity filter, where the complex electrostatics is highly relevant. The present study aims at comparing three different techniques used to bias molecular dynamics simulations, namely Umbrella Sampling, Steered Molecular Dynamics, and Metadynamics, never applied all together in the past to the same channel protein. Our test case is represented by potassium ions permeating the selectivity filter in the KcsA channel
2008
- Monte Carlo simulation of charge transport in amorphous GST
[Relazione in Atti di Convegno]
E., Piccinini; F., Buscemi; T., Tsafack; Brunetti, Rossella; M., Rudan; Jacoboni, Carlo
abstract
A microscopic particle description of the charge transport process in amorphous GST (a-GST) is presented in this paper, based on the assumption that electrical conduction in the amorphous phase is controlled by defects and trapped carriers. The physical model has been implemented in a Monte Carlo simulation coupled to the Poisson equation for a simple device formed by a nanometric layer of amorphous GST in contact with two planar metallic electrodes. The purpose of our research is to understand how and to which amount different aspects of the microscopic picture influence the electrical properties of the device when external tunable parameters, like operating current and temperature, are varied. Moreover the role of other parameters, often almost unknown in real devices like, e.g., trap energy levels and concentration, trap spatial distribution, is analised through focused simulated experiments with the purpose of pursuing a theoretical control of the threshold behavior so much important for technological exploitation. Results obtained so far are compared with experiments, analytical models available in the literature, and the outcome of deterministic equations formulated by the Authors for the system under investigation.
2008
- Oltre il blu: le frontiere della scienza fuori dall'atmosfera terrestre
[Esposizione]
Brunetti, Rossella
abstract
Gli uomini da sempre guardano il cielo e si interrogano sulla natura dei corpi celesti e sui molti misteri del mondo naturale che a tutt’oggi si celano dietro le cortine dell’atmosfera terrestre. Le moderne conoscenze scientifiche e tecnologiche hanno consentito di aprire qualche “finestra” oltre il blu e di allargare la visuale su un orizzonte scientifico quasi senza limite. Sono nate così le scienze dello spazio, cioè i campi della scienza che concernono lo studio o l'utilizzazione dello spazio extraterrestre. Questi campi sono numerosi e a volte molto diversi tra di loro. La disciplina più antica è l’astronomia, che ha come scopo lo studio delle origini e dell'evoluzione, le proprietà fisiche, chimiche e temporali degli oggetti che formano l’universo e che possono essere osservati sulla sfera celeste. Più giovane scienza è l’astrofisica che studia le proprietà della materia celeste: le proprietà fisiche di stelle, galassie, mezzo interstellare e intergalattico, di eventuali altre forme di materia presenti nell'universo, la formazione e l'evoluzione dell'universo nel suo insieme. L’astrofisica utilizza il cosmo anche come un laboratorio per determinare nuove leggi della fisica che non possono altrimenti essere investigate nei laboratori terrestri. Anche l’ingegneria, la chimica e la biologia entrano oggi a pieno titolo nello scienze dello spazio: la prima attraverso lo studio di nuovi materiali e nuove tecnologie per consentire l’esplorazione degli altri pianeti del sistema solare e dello spazio a distanze sempre più grandi dalla terra e per garantire condizioni di sopravvivenza per l’uomo in ambienti incompatibili con la vita. La chimica e la biologia degli organismi negli ambienti spaziali esplorano possibili scenari che si prospettano per sviluppi di forme viventi simili alla nostra su altri pianeti, oppure indagano su quali adattamenti fisiologici sono richiesti all’uomo per lunghe permanenze in assenza di gravità e in quali diverse condizioni è concepibile organizzare una colonizzazione dello spazio attraverso la realizzazione di insediamenti permanenti.Infine le scienze dello spazio ci offrono la possibilità di studiare la terra e i suoi abitanti da una prospettiva diversa. Le caratteristiche delle strutture geologiche, i cambiamenti climatici, le complesse relazioni tra la terra e la sua stella, i fenomeni di inquinamento legati all’antropizzazione, i problemi delle telecomunicazioni sono solo alcuni dei molti ambiti scientifici che hanno ricevuto nuovo impulso dalle conoscenze acquisite attraverso una analisi del nostro pianeta effettuata all’esterno della sua atmosfera.Lo scopo di questo progetto è avvicinare i ragazzi al mondo della ricerca scientifica, formare interessi e capacità critiche nei confronti della letteratura di divulgazione e, più in generale, dei codici di comunicazione della scienza contemporanea. Il progetto intende anche promuovere un ruolo attivo dei giovani nel processo di disseminazione dei progressi della conoscenza chiedendo loro di scrivere un breve articolo, cimentandosi in prima persona con la difficoltà di spiegare in modo breve e semplice concetti a volte complessi. Due esperti esterni, autori di testi di divulgazione scientifica analizzati, guideranno i ragazzi, assieme ai loro insegnanti, nell’esplorazione delle prospettive scientifiche più stimolanti delle scienze dello spazio, raccontando nell’occasione dell’incontro, anche di sé stessi come scienziati e promotori della diffusione della cultura scientifica.Alle classi partecipanti sarà proposto di lavorare su alcuni testi divulgativi riguardanti le attuali frontiere scientifiche legate all’esplorazione del cosmo al di là dell’atmosfera terrestre, selezionati dal comitato organizzatore del progetto, lasciando ogni classe libera di approfondire un tema legato alla conoscenza fondamentale o allo sviluppo tecnologico associati alle sci
2007
- Computational analysis of current and noise properties of a single open ion channel
[Articolo su rivista]
E., Piccinini; F., Affinito; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; M., Rudan
abstract
This paper presents a computational analysis of the noise associated with the ion current in single open ion channels. The study is performed by means of a coupled molecular dynamics/Monte Carlo approach able to simulate the conduction process on the basis of all microscopic information today available from protein structural data and atomistic simulations. The case of potassium ions permeating the KcsA channel is considered in the numerical calculations. The results show a noise spectrum different from what is theoretically predicted for Poisson noise, confirmed by the existence of a correlation in ion-exit events.
2007
- Exploring free-energy profiles through ion channels: comparison on a test case
[Articolo su rivista]
E., Piccinini; F., Affinito; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; M., Ceccarelli
abstract
Abstract The calculation of free-energy profiles in proteins, and, more specifically, in ion channels, is a challenge for modern numerical simulations due both to the convergence problems associated with the electrostatics of the environment and to the difficulties in modeling the fields acting on the permeating ions. The present study is aims at comparing three different simulation techniques available in the literature on a nanometric channel protein chosen as a test case, with the purpose of establishing their real predictivity and limits.
2007
- La Gestione dell'emergenza nelle aule dell'Universita' di Modena
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella
abstract
Un innovativo progetto di formazione universitaria avanzata nel campo della gestione dell’emergenza è di recente decollato presso l’Università di Modena sotto forma di Master biennale di primo livello, accessibile a laureati in diverse discipline e caratterizzato da tre indirizzi. La collaborazione con il Dipartimento di Protezione Civile del Consiglio dei Ministri, con le unità di protezione civile della Provincia di Modena e della Regione Emilia Romagna e con l’ Accademia Militare di Modena ha arricchito il progetto formativo di contenuti e ha favorito il contatto degli studenti con problemi e contesti reali.
2007
- NANO meraviglie: Natura ed invenzione
[Esposizione]
Brunetti, Rossella
abstract
NANO Meraviglie: natura e invenzione PROMOTORIBiblioteca Civica Delfini e Biblioteca Scientifica Interdipartimentale (BSI) della Università di Modena e Reggio EmiliaDESTINATARIScuole superiori, quarte e quinte classiFINALITA’Le nanoscienze si occupano di comprendere le proprietà dei sistemi di dimensioni nanometriche, pari cioè a qualche manciata di atomi. Questi sistemi possono essere i più piccoli dispositivi elettronici che si sanno costruire, ma anche molecole e sistemi biologici complessi come le proteine e il DNA. Classi di fenomeni appartenenti ad ambiti completamente diversi, che condividono tuttavia la scala nanometrica, possono essere studiati, confrontati e costruiti con metodologie simili. Per la prima volta nella storia della scienza moderna fisici, chimici, biologi ed ingegneri lavorano fianco a fianco mettendo le proprie competenze nel crogiolo nanotecnologico. Dal “transistor … al geco” la strada e’ piu’ breve di quanto si possa immaginare!! Lo scopo di questo progetto è avvicinare i ragazzi al mondo della ricerca scientifica, formare interessi e capacità critiche nei confronti della letteratura di divulgazione e, più in generale, dei codici di comunicazione della scienza contemporanea. Il progetto intende anche promuovere un ruolo “attivo” dei giovani nel processo di disseminazione dei progressi della conoscenza chiedendo loro di scrivere un breve articolo, cimentandosi in prima persona con la difficoltà di spiegare in modo breve e semplice concetti a volte complessi.Quest’anno alle classi partecipanti sarà proposto di lavorare su alcuni testi divulgativi riguardanti i recenti progressi nel campo delle nanoscienze e nanotecnologie con particolare riferimento ai campi della nanoelettronica e delle applicazioni nanotecnologiche delle molecole biologiche, con approfondimenti possibili sul presente e futuro impatto delle applicazioni nanotecnologiche su ambiente, salute umana, sviluppo industriale, trattati monograficamente nei vari capitoli dei libri suggeriti.ORGANIZZATORIRossella Brunetti (BSI e Dip. di Fisica, UniMoRe), Franca Manghi (Dip. Fisica, UniMoRe)Giannantonio Battistuzzi, Monica Saladini (Dip. di Chimica, UniMoRe)Cinzia Pollicelli, Angela Pacillo (Biblioteca Civica Delfini)Modalità di PRENOTAZIONEwww.comune.modena.it/istruzione/itinerariNumero chiuso con prenotazione obbligatoria (5 classi).CARATTERISTICHEINCONTRO tra organizzatori, insegnanti e alcuni rappresentanti degli studenti(BSI, 26/10/2006, ore 17)Informazioni preliminari e coordinamento sull’iter del progetto per i docenti e gli studenti rappresentanti di classe delle classi partecipantiINCONTRO 2 tra organizzatori, insegnanti e studenti partecipanti(BSI, 21/11/2006, ore 10.30)Lezione introduttiva dei Prof. G. Battistuzzi (UniMoRe, Dip. di Chimica) e A. Bertoni (Centro di Ricerca CNR-INFM S3) dal titolo: “Le nanoscienze: proprietà e applicazioni dei sistemi di dimensioni nanometriche”, presentazione delle letture proposte agli studenti e distribuzione dei libri.Libri base :D. Narducci: “Le Nanotecnologie: cosa sono, perché cambieranno la nostra vita, come la stanno già cambiando”, Alpha Test (2005)N. Boeing: “L’invasione delle nanotecnologie. Cosa sono e come funzionano i nuovi microrobot invisibili che colonizzeranno il mondo”,Orme (2005)LABORATORIO in classe guidato dagli insegnati di fisica e di lettere(a Scuola, novembre 2006-febbraio 2007)Approfondimenti in classe, a partire dai volumi distribuiti in lettura e dagli spunti offerti dalla lezione introduttiva. Ispirandosi ai modelli del giornalismo scientifico, gli studenti avviano la redazione di un articolo sul tema delle nanotecnologie, da completare grazie al successivo incontro-intervista con un esperto della materia. E’ offerta dall’Università di Modena e Reggio Emilia consulenza scientifica per insegnanti e studenti su problemi specifici durante questa fase di lettura. Preparazion
2007
- Shot noise in single open ion channels:a computational approach based on atomistic simulations
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; F., Affinito; Jacoboni, Carlo; E., Piccinini; M., Rudan
abstract
Abstract This paper presents a computational analysis of the noise associated with ion current in single open ion channels. The study is performed by means of a coupled Molecular Dynamics/Monte Carlo approach able to simulate the conduction process on the basis of all microscopic information today available from protein structural data and atomistic simulations. The case of potassium ions permeating the KcsA channel is considered in the numerical calculations. Results show a noise spectrum different from what is theoretically predicted for uncorrelated ion-exit events (Poisson noise), confirming the existence of correlation in ion motion within the channel, already evinced by atomistic structural analyses.
2007
- Upcoming physics challenges for device modeling
[Relazione in Atti di Convegno]
Brunetti, Rossella; E., Piccinini
abstract
Science and technology at the nanoscale size offer today fundamental challenges in thefield of device modeling. In this paper we document the growing interest of academies,institutions, and industries and the present impact on the market, and discuss differentdesign strategies that have been proposed and/or implemented, aimed at the practicalrealization of innovative nanodevices. Few main examples of ideas and devices, namelyion-channel nano-biosensors, biomimetic sensors, molecular devices, solid-state componentsfor quantum computation, nanotube electronics, and non-volatile nanomemories,are also revised.
2006
- Energia: problemi e scelte di oggi per il futuro del pianeta
[Esposizione]
Brunetti, Rossella; Cecchi, Rodolfo
abstract
PROMOTORIBiblioteca Civica Delfini e Biblioteca Scientifica Interdipartimentale (BSI) della Università di Modena e Reggio EmiliaDESTINATARIScuole superiori, quarte e quinte classiFINALITA’Per uno scienziato l'energia è ciò che muove o trasforma la materia, è la capacità di compiere un lavoro. L'energia può assumere forme diverse. Nel cibo, ad esempio, è immagazzinata l'energia chimica che il nostro corpo utilizza per il suo metabolismo. Le centrali elettriche e le pile forniscono energia elettrica. Il sole è la principale fonte di energia elettromagnetica sulla terra. Le pale eoliche, l'acqua che scorre, un'onda sonora convertono o trasportano energia meccanica. Nelle nostre case, i termosifoni e il forno producono energia termica. L'energia nucleare si libera quando si rompono o fondono i nuclei degli atomi.Disporre di energia a prezzi accessibili significa, oggi e sempre, garantirsi la possibilità di sviluppo, benessere, cultura, scienza. La ricerca scientifica e tecnologica ci mostra che oggi ci sono diverse possibilità e definisce gli scenari possibili per un futuro molto prossimo. I governi sono quindi chiamati a prendere decisioni consapevoli e sostenibili: i problemi dell’energia vanno affrontati con anticipo perchè i cambiamenti richiedono tempo.Mai come per il problema delle scelte energetiche è richiesta una corretta informazione e la formazione di una opinione pubblica consapevole e cosciente. Lo scopo di questo progetto è avvicinare i ragazzi al mondo della ricerca scientifica, formare interessi e capacità critiche nei confronti della letteratura di divulgazione e, più in generale, dei codici di comunicazione della scienza contemporanea. Il progetto intende anche promuovere un ruolo “attivo” dei giovani nel processo di disseminazione dei progressi della conoscenza chiedendo loro di scrivere un breve articolo, cimentandosi in prima persona con la difficoltà di spiegare in modo breve e semplice concetti a volte complessi.Alle classi partecipanti sarà proposto di lavorare su alcuni testi divulgativi riguardanti i problemi attuali legati alle fonti di energia convenzionali e al presente e futuro nell’ambito delle fonti di energia alternative, con approfondimenti possibili sul presente e futuro impatto delle scelte energetiche su ambiente, salute e cultura umana e sviluppo industriale.ORGANIZZATORICinzia Pollicelli, Angela Pacillo (Biblioteca Civica Delfini)Rossella Brunetti (BSI e Dip. di Fisica, UniMoRe), Franca Manghi (Dip. Fisica, UniMoRe)Giannantonio Battistuzzi, Ulderico Segre (Dip. di Chimica, UniMoRe)Modalità di PRENOTAZIONEwww.comune.modena.it/istruzione/itinerariNumero chiuso con prenotazione obbligatoria (5 classi).CARATTERISTICHEINCONTRO tra organizzatori, insegnanti e alcuni rappresentanti degli studenti(BSI, ottobre 2007)Informazioni preliminari e coordinamento sull’iter del progetto per i docenti e gli studenti rappresentanti di classe delle classi partecipantiINCONTRO 2 tra organizzatori, insegnanti e studenti partecipanti(Auditorium LiceoScientifico Tecnologico Corni, 22/10/ 2007)Lezione introduttiva del Dott. Piero Angela dal titolo: “Energia: la resa dei conti”, presentazione delle letture proposte agli studenti:P. Angela e L. Pinna:”Energia: la sfida del secolo”, Mondatori (2006), testo base una copia per studenteN. Armaroli, V. Balzani: “Energia oggi e domani: prospettive, sfide, speranze”, Bonomia Univ. Press (2004), una copia per classe.Le Scienze: Energia la resa dei conti, novembre 2006, una copia per classe.INCONTRO 3 (FACOLTATIVO)Conferenza serale sul tema Energia del Dott. Piero Angela, aperta alla cittadinanza.(Auditorium Fondaz. Marco Biagi, Modena)LABORATORIO in classe guidato dagli insegnati di fisica e di lettere(a Scuola, novembre 2007-febbraio 2008)Approfondimenti in classe, a partire dai volumi distribuiti in lettura e dagli spunti offerti dalla lezione introduttiva. Ispirandosi ai modelli del giornalismo scientifico, gli studen
2006
- Physical Mechanisms for ion-current levelling off in the KcsA channel through combined Monte Carlo/Molecular Dynamics simulations
[Relazione in Atti di Convegno]
E., Piccinini; A., Affinito; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; AND M., Rudan
abstract
Conduction and noise properties of potassium ions in the KcsA membrane channel are analysed by means of a combined Molecular Dynamics-Monte Carlo numerical approach. The high-voltage part of the experimental I(V) charac-teristics shows a tendency to level off which is reproduced by computational re-sults using a conduction model quite sensitive to the particular set of transition probabilities among the relevant ion occupancy configurations. Noise power spec-tra confirm the existence of correlation between consecutive ion exits from the channel.
2005
- A simulative model for the analysis of conduction properties of ion channels based on first-principle approaches
[Articolo su rivista]
F., Affinito; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; E., Piccinini; M., Rudan; Bigiani, Albertino; P., Carloni
abstract
The calculation of free-energy profiles in proteins, and, more specifically, in ion channels, is a challenge for modern numerical simulations due both to the convergence problems associated with the electrostatics of the environment and to the difficulties in modeling the fields acting on the permeating ions. The present study is aims at comparing three different simulation techniques available in the literature on a nanometric channel protein chosen as a test case, with the purpose of establishing their real predictivity and limits.
2005
- Acqua: questa meravigliosa sconoscita
[Esposizione]
Brunetti, Rossella; Battistuzzi, Gianantonio
abstract
PROMOTORIBiblioteca Civica Delfini e Biblioteca Scientifica Interdipartimentale (BSI) della Università di Modena e Reggio EmiliaDESTINATARIScuole superiori, quarte e quinte classiDESCRIZIONE E FINALITA’L'acqua è il composto chimico più conosciuto, quello con cui si ha a che fare ogni giorno, che non può mancare nella nostra vita. L'unico di cui quasi tutti conoscono la formula chimica. Ma pochi sanno che l’acqua ha proprietà chimiche e fisiche diverse da quelle degli altri liquidi. Proprietà che la rendono speciale per ospitare e favorire la vita, e ne fanno un meraviglioso solvente utilizzato per mille usi. L'acqua è un bene prezioso. Capace, da sempre, di scatenare sanguinosi conflitti. La Terra è l’unico oggetto cosmico conosciuto dove questa bizzarra molecola chimica non solo è presente in grande massa, ma anche in tutti e tre gli stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso.Il progetto pluriennale La curiosità fa lo scienziato. Leggere e condividere la scienza di oggi in ciascuna edizione approfondisce un tema scientifico di rilievo, impegnando le classi aderenti (monitorate da un esperto) per l’intero anno scolastico. Lo scopo è avvicinare i ragazzi al mondo della ricerca, formare interessi e capacità critiche nei confronti della letteratura di divulgazione e, più in generale, dei codici di comunicazione della scienza contemporanea. Inoltre, promuovere un ruolo attivo dei giovani nella disseminazione delle conoscenze scientifiche: impegnati nella stesura di un breve articolo, gli studenti mettono alla prova la loro capacità di spiegare in modo chiaro e conciso concetti a volte complessi.Quest’anno le classi partecipanti lavoreranno su testi divulgativi sulle proprietà chimiche dell’acqua e sulle loro implicazioni (fisiche, biologiche, geologiche, sociali, antropologiche, ecologiche), con possibili incursioni su aspetti meno noti trattati nei libri suggeriti.REFERENTI•Rossella Brunetti (BSI e Dipartimento di Fisica, UniMoRe, tel 059 2055277)•Gianantonio Battistuzzi, Monica Saladini (Dipartimento di Chimica, UniMoRe, tel 059 2055117)•Cinzia Pollicelli, Angela Pacillo (Servizio Biblioteche, tel 059 2032798)PRENOTAZIONEIl progetto si rivolge alle classi quarte e quinte. E' a numero chiuso con prenotazione obbligatoria (massimo 5 classi). Si raccomanda un contatto telefonico preliminare con uno dei referenti.www.comune.modena.it/istruzione/itinerariCALENDARIO DI LAVOROGiovedì 20 ottobre 2005, ore 17Incontro tra organizzatori, insegnanti e alcuni rappresentanti degli studenti: informazioni preliminari e coordinamento sull'iter del progetto.Biblioteca Scientifica Interdipartimentale, Via Campi 213/C, ModenaLunedì 14 novembre 2005, ore 10,30Esplorazione scientifica del pianeta acqua, lezione introduttiva del Prof. GIANANTONIO BATTISTUZZI (UniMoRe, Dip. di Chimica); presentazione delle letture proposte agli studenti e distribuzione dei libri.Biblioteca Scientifica Interdipartimentale, Via Campi 213/C, ModenaNovembre 2005-Marzo 2006Laboratorio in classe, guidato dagli insegnanti di chimica, scienze e lettere, a partire dai volumi distribuiti e dagli spunti offerti dalla lezione introduttiva. Su modello del giornalismo scientifico, gli studenti avviano la redazione di un articolo sul tema dell’acqua, da completare con il successivo incontro-intervista con un esperto della materia. Preparazione di un elenco di domande da rivolgere all'esperto. Durante questa fase di lettura ed elaborazione, l'Università di Modena e Reggio Emilia offre consulenza scientifica a insegnanti e studenti su problemi specifici.Marzo 2006, data da definire, ore 10,30Incontro-intervista con un esperto che illustra la propria biografia scientifica e risponde alle domande dei ragazzi.Biblioteca civica Delfini, corso Canalgrande 103, ModenaMarzo 2006, data da definire, ore 21Conferenza serale sul tema dell’acqua aperta alla cittadinanza.Biblioteca Scientifica Interdipartimentale, Via Campi 213/C, ModenaAprile
2005
- Noise properties of single open ion channels: an atomistic computational approach
[Relazione in Atti di Convegno]
F., Affinito; E., Piccinini; Bigiani, Albertino; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; AND M., Rudan
abstract
This paper presents the first results of a computational analysis of the noise associated with ion current in single open ion channels. This analysis is performed by means of a coupled Molecular Dynamics-Monte Carlo approach able to simulate the conduction process on the basis of all microscopic information today available from protein structural data and atomistic simulations. The case of potassium ions permeating the KcsA channel is considered in the numerical calculations. The obtained results evidence a noise spectrum different from what is theoretically predicted for uncorrelated ion-exit events (Poisson noise), confirming the existence of correlation in ion motion within the channel.
2005
- The R-sigma approach to tunneling in nanoscale devices
[Relazione in Atti di Convegno]
M., Rudan; A., Marchi; Brunetti, Rossella; AND E., Gnani
abstract
The R-sigma method provides the time evolution of two dynamical variables extracted from a wave function, namely, the expectation value of the position and the dispersion. It overcomes the Ehrenfest approximation while keeping the Newtonian form of the equations, thus providing the basis for including quantum features into the description of the single-particle dynamics and for extending such features to the collective-transport case. Here the single-particle R-sigma equations are applied to the case of tunnelling, and the results are compared with a full-quantum calculation.
2004
- A simulative method for the analysis of conduction properties of ion channels based on first-principle approaches
[Relazione in Atti di Convegno]
Affinito, F.; Bigiani, A.; Brunettii, R.; Carloni, P.; Jacoboni, C.; Piccinira, E.; Rudan, M.
abstract
2004
- Il LASER: vita morte e miracoli nella spada dello Jedi
[Esposizione]
Brunetti, Rossella
abstract
PROMOTORIBiblioteca Civica Delfini (agenzia proponente) e Biblioteca Scientifica Interdipartimentale (BSI) della Università di Modena e Reggio EmiliaDESTINATARIScuole superiori, quarte e quinte classiFINALITA’Il progetto ha svolgimento annuale e, in prospettiva, è riproponibile annualmente su un tema scientifico nell’ambito delle scienze matematiche, fisiche, naturali, della medicina e dell’ingegneria. Scopo del progetto è avvicinare i ragazzi al mondo della ricerca scientifica e formare interessi e capacità critiche nei confronti della letteratura di divulgazione scientifica e, più in generale, dei codici di comunicazione della scienza contemporanea. Quest’anno, in occasione della celebrazione nel 2005 dell’anno mondiale della Fisica, si propone come tema di lavoro un importante capitolo della fisica contemporanea, che di rado viene trattato nei corsi di fisica delle Scuole Medie Superiori: il LASER, la storia della sua invenzione, i principi fisici alla base del suo funzionamento e le sue innumerevoli applicazioni.Alle classi sarà proposto di lavorare su alcuni testi divulgativi riguardanti i principi e le applicazioni della luce LASER. Un incontro con un esperto introdurrà gli studenti all`argomento e fornirà vari spunti di lavoro (aspetti storici e culturali, di fisica fondamentale, di applicazioni e tecnologia) che ogni scuola potrà poi approfondire e specializzare anche in relazione agli obiettivi generali di formazione della Scuola stessa. Dopo un percorso svolto in classe e gestito dai docenti, finalizzato all’analisi dei contenuti dei testi divulgativi, le classi avranno la possibilità di incontrare uno scienziato che svolge attività professionale nel campo dei LASER, attraverso un incontro-intervista. Successivamente verranno elaborati dei testi, sotto forma di articolo di divulgazione scientifica, che verranno pre-selezionati dai docenti del Consiglio di Classe. Due elaborati per classe verranno giudicati da una commissione formata da insegnanti, scienziati e giornalisti. I lavori migliori verranno premiati ed eventualmente proposti per pubblicazione durante una cerimonia conclusiva.REFERENTICinzia Pollicelli (Servizio Biblioteche, tel. 059 206 798)Rossella Brunetti (BSI, tel. 059 205 5277)Guido Goldoni (Dipartimento di Fisica, tel. 059 205 5649) PRENOTAZIONEwww.comune.modena.it/istruzione/itinerariNOTENumero chiuso con prenotazione obbligatoria (5 classi). Si raccomanda di prendere contatto telefonico con i referenti per concordare la partecipazione. Possibilità di concordare un contributo per il trasporto in occasione degli incontri presso la BSI e la Biblioteca Delfini.CARATTERISTICHEINCONTRO 1 OBBLIGATORIOInformazioni preliminari e coordinamento sull’iter del progetto per i docenti e gli studenti rappresentanti di classe delle classi partecipantiDOVEBiblioteca Scientifica Interdipartimentale dell’ Università, Via Campi 213/C, ModenaDURATAGiovedi 14 ottobre 2004 ore 17, due oreINCONTRO 2 OBBLIGATORIOIl LASER: la clonazione della luce. Lezione introduttiva della Prof.ssa Rossella Brunetti (Università di Modena e Reggio Emilia, Dip. di Fisica), presentazione delle letture proposte agli studenti e distribuzione dei libri.DOVEBiblioteca Scientifica Interdipartimentale dell’Università, Via Campi 213/C, ModenaDURATASabato 6 novembre 2004, ore 10.30, due oreLABORATORIO 3 OBBLIGATORIOApprofondimenti in classe, a partire dai volumi distribuiti in lettura e dagli spunti offerti dalla lezione introduttiva. Ispirandosi ai modelli del giornalismo scientifico, gli studenti avviano la redazione di un ‘articolo’ sul tema del LASER, da completare grazie al successivo incontro-intervista con un esperto della materia. Possibilità di consulenza scientifica per insegnanti e studenti su problemi specifici durante questa fase di lettura. DOVEA scuolaDURATANovembre 2004-marzo 2005, con modalità a cura dei docentiINCONTRO 4 OBBLIGATORIOIncontro-intervista con un esperto, a disposiz
2004
- Preface: Special issue featuring papers from the International Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors
[Relazione in Atti di Convegno]
Reggiani, L.; Bordone, P.; Brunetti, R.
abstract
2004
- Quantum dynamics of polaron formation with the Wigner-function approach
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Monastra, S; Jacoboni, Carlo
abstract
In compound semiconductor crystals with a substantial degree of ionicity Froelich interaction of charge carriers with longitudinal optical (LO) phonons is strong enough to produce detectable polaron effects. In this paper polaron effects are analysed using a quantum theory of electron transport based on the momentum- and frequency-dependent Wigner function f(w) (p, omega), defined starting from the G(<) Green function, simply related to the electron spectral function A(p,omega). The theoretical approach considers the dynamical evolution of the electron Wigner function in the presence of phonon scattering. An elaboration of the quantum dynamical equation in terms of Wigner paths formed by free flights and scattering events is used. These paths are especially suitable for a Monte Carlo solution of the transport equation for the Wigner function very similar to the semiclassical traditional Monte Carlo solution of the Boltzmann equation. Numerical results for GaAs and CdTe in a variety of physical conditions are presented.
2004
- Semiconductor Science and Technology - Special issue featuring papers from the International Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors
[Curatela]
L., Reggiani; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella
abstract
Proceedings of the 13th International Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors. The volume addresses eleven major topics: carrier transport in low dimensional and nanostructure systems, noneuillibrium carriers in superlattices and devices, small devices and related phanomena, carrier dynamics and fluctuations, carrier quantum dynamics, coherent/incoherent carrier dynamics of optical excitations and ultra-fast optical phenomena, nonlinear optical effects, transport in organic matter, semiconductor-based spitronics, coherent dynamics in solid state systems for quantum processing and communications, novel materials and devices.
2003
- Monte Carlo simulation of quantum electron transport based on Wigner paths
[Articolo su rivista]
Bordone, Paolo; A., Bertoni; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
Advancements and improvements in the Wigner function approach to quantum electron transport are reviewed. The concept of Wigner paths allows the formulation of the Monte Carlo simulation in strict analogy with the one used in semiclassical transport theory.
2003
- QUANTUM DYNAMICS OF POLARON FORMATION WITH THE WIGNER-FUNCTION APPROACH
[Articolo su rivista]
Jacoboni, Carlo; Brunetti, Rossella; S., Monastra
abstract
In compound semiconductor crystals with a substantial degree of ionicity Froelich interaction of charge carriers with longitudinal optical phonons is strong enough to produce detectable polaron effects. In this paper polaron effects are analyzed using a quantum theory of electron transport based on the momentum and frequency-dependent Wigner function fw(p,ω), defined starting from the G< Green function, simply related to the electron spectral function A(p,ω). The theoretical approach considers the dynamical evolution of the electron Wigner function in presence of phonon scattering. An elaboration of the quantum dynamical equation in terms of Wigner paths formed by free flights and scattering events is used. These paths are especially suitable for a Monte Carlo solution of the transport equation for the Wigner function very similar to the semiclassical traditional Monte Carlo solution of the Boltzmann equation. Numerical results for GaAs and CdTe in a variety of physical conditions are presented.
2003
- Wigner-path approach to nonequilibrium quantum transport
[Relazione in Atti di Convegno]
Jacoboni, Carlo; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella
abstract
Recent developments of the application of the Wigner-path method to nonequilibrium quantum transport in mesoscopic systems are presented. The concept of wigner path allows the formulation of a Monte Carlo simulation which is quantum mechanically rigorous and yet very similar to the one used in semiclassical transport theory. Scatterings with the potential profile and with phonons are included in the path in a way that takes automatically into account all quantum effects, such as intracollisional field effect and collisional broadening.
2002
- Numerical simulation of coherent transport in quantum wires for quantum computing
[Articolo su rivista]
A., Bertoni; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; S., Reggiani
abstract
A solid-state implementation of a universal set of gates for quantum computation is proposed and analysed using a time-dependent 2D Schrodinger solver. The qubit is defined as the state of an electron propagating along a couple of quantum wires. The wires are suitably coupled through a potential barrier with variable height and/or width. It is shown how a proper design of the system allows the implementation of any one-qubit transformation. The two-qubit gate is realized through a Coulomb coupler able to entangle the quantum states of two electrons running in two wires of two different qubits. The simulated devices are GaAs-AlGaAs heterostructures that should be on the borderline of present semiconductor technology. An estimate of decoherence effects due to phonon scattering is also presented.
2001
- DYNAMICAL EQUATION AND MONTE CARLO SIMULATION OF THE TWO-TIME WIGNER FUNCTION FOR ELECTRON QUANTUM TRANSPORT
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; A., Bertoni; Bordone, Paolo; Jacoboni, Carlo
abstract
Within the Wigner-function formalism for electron quantum transport in semiconductors a two-time Wigner function is defined starting from the Green-function formalism. After a proper Fourier transform a Wigner function depending on p and W as independent variables is obtained. This new Wigner function extends the Wigner formalism to the frequency domain and carries information related to the spectral density of the system. A Monte Carlo approach based on the generation of Wigner paths, already developed for the single-time Wigner function, has been extended to evaluate the momentum and energy-dependent Wigner function. Results will be shown for electrons subject to the action of an external field and in presence of scattering with optical phonons.
2001
- Numerical simulation of quantum logic gates based on quantum wires
[Articolo su rivista]
Bertoni, A; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; Reggiani, S.
abstract
A system based on frontier mesoscopic semiconductor technology, able to perform the basic quantum operations needed for quantum computation, is proposed. The elementary quantum bit (qubit) is defined as the state of an electron running along a couple of quantum wires coupled through a potential barrier with variable height and/or width. A proper design of the system, together with the action of Coulomb interaction of two electrons representing two different qubits, allows the implementation of basic one-qubit and two-qubit quantum logic gates. Numerical simulations confirm the correctness of the hypothesis.
2001
- Quantum transport and its simulation with the Wigner-function approach
[Capitolo/Saggio]
Jacoboni, Carlo; Brunetti, Rossella; Bordone, Paolo; A., Bertoni
abstract
In this paper a review of the research performed in recent years by the group of the authors is presented. The definition and basic properties of the Wigner function are first given. Several forms of its dynamical equation are then derived with the inclusion of potential and phonon scattering. For the case of a potential V(r) the effect of the classical force, for any form of V(r), is separated from quantum effects due to rapidly varying potentials. An elaboration of the dynamical equation is introduced that leads to Wigner paths formed by free flights and scattering events. These are especially suitable for a Monte Carlo solution of the transport equation for the Wigner function very similar to the semiclassical traditional Monte Carlo simulation. The Monte Carlo simulation can be extended also to the momentum and frequency dependent Wigner function based on a two-time Green function. Several numerical results are presented throuhout the paper.
2001
- Wigner Paths Method in Quantum Transport with Dissipation
[Articolo su rivista]
Bordone, Paolo; A., Bertoni; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
The concept of Wigner paths in phase space both provides a pictorial representation of the quantum evolution of the system of interest and constitutes a useful tool for numerical solutions of the quantum equation describing the time evolution of the system. A Wigner path is defined as the path followed by a “simulative particle” carrying a σ-contribution of the Wigner function through the Wigner phase-space, and is formed by ballistic free flights separated by scattering processes (both scattering with phonons and with an arbitrary potential profile can be included), as for the case of semiclassical particles. Thus, the integral transport equation can be solved by a Monte Carlo technique by means of simulative particles following classical trajectories, in complete analogy to the “Weighted Monte Carlo” solution of the Boltzmann equation in the integral form.
2001
- Wigner-function formulation for quantum transport in semiconductors: theory and Monte Carlo approach
[Articolo su rivista]
Jacoboni, Carlo; A., Bertoni; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella
abstract
The Wigner-function approach to the quantum theory of electron transport in mesoscopic systems is reviewed. Delta-like or particle contributions to the Wigner function evolve in time along paths formed by ballistic free flights interrupted by scattering processes as semiclassical particles. A Monte Carlo algorithm based on such Wigner paths will be presented. It extends to quantum transport the Monte Carlo procedure that proved to be very successful for the study of semiclassical transport. (C) 2001 IMACS. Published by Elsevier Science B.V. All rights reserved.
2000
- Quantum logic gates based on coherent electron transport in quantum wires
[Articolo su rivista]
A., Bertoni; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; S., Reggiani
abstract
It is shown that the universal set of quantum logic gates can be realized using solid-state quantum bits based on coherent electron transport in quantum wires. The elementary quantum bits are realized with a proper design of two quantum wires coupled through a potential barrier Numerical simulations show that (a) a proper design of the coupling barrier allows one to realize any one-qbit rotation and (b) Coulomb interaction between two qbits of this kind allows the implementation of the CNOT gate. These systems are based on a mature technology and seem to be integrable with conventional electronics.
2000
- TWO-QBIT GATES BASED ON COUPLED QUANTUM WIRES
[Relazione in Atti di Convegno]
S., Reggiani; A., Bertoni; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; M., Rudan; G., Baccarani
abstract
A solid-state implementation of a set of one- and two-qbit gates for quantum computing is proposed. the qbit is defined as the state of an electron running along two quantum wires, suitably coupled through a potential barrier with variable height and/or width. Single-qubit gates are implemented using the coupling between the two wires. The two-qbit gates have been designed using a Coulomb coupler to induce a mutual phase modulation of the two qubits. A number of runs have been perfomed using a time-dependent 2D Schroedinger solver.
1999
- Anisotropy of thermal conductivity and energy-flux relaxation time of hot electrons in semiconductors
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; P., Golinelli; M., Rudan; L., Reggiani
abstract
In this article a theoretical and computational analysis of the hot-electron thermal conductivity and related quantities in semiconductors is given. Two types of anisotropy are analyzed: the first is related to the dependence of the thermal conductivity on the direction of an externally applied electric field; the second is associated to the difference between the longitudinal and transverse thermal conductivity (i.e., along the field direction and along a direction perpendicular to the field, respectively). Two theoretical approaches based on a set of generalized relaxation times or on a set of microscopic correlation functions are considered and compared. Numerical results are obtained using a Monte Carlo simulator for electrons in silicon at 77 and 300 K. This approach can be extended to other semiconductors of interest within a semiclassical approach where two-particle interactions are neglected. (C) 1999 American Institute of Physics. [S0021-8979(99)06502-0].
1999
- Particle and energy fluxes in semiconductors: Full-band hydrodynamic equations and the thermodynamic limit
[Articolo su rivista]
S., Taschini; M., Rudan; Brunetti, Rossella
abstract
The hydrodynamic model for semiconductors includes equations of continuity for the carrier number, average energy, average velocity, and average energy flux. The last two equations can be recast as generalized drift-diffusion expressions, which are formally similar to those of the particle and energy fluxes provided by classical thermodynamics based upon entropy production. The derivation of the hydrodynamic model is reexamined, and the entropy principle is derived from the definition of fermion entropy. It is shown that the thermodynamic expressions are included as a limiting case of the hydrodynamic expressions and, in particular, that the hydrodynamic definitions of the momentum-relaxation time and energy-flux relaxation time provide the correct thermodynamic limit by fulfilling the Onsager relation. [S0163-1829(99)02840-4].
1999
- Quantum transport of electrons in open nanostructures with the Wigner-function formalism
[Articolo su rivista]
Bordone, Paolo; M., Pascoli; Brunetti, Rossella; A., Bertoni; Jacoboni, Carlo; A., Abramo
abstract
A theoretical Wigner-function approach to the study of quantum transport in open systems in presence of phonon scattering is presented. It is shown here that in order to solve the Wigner equation in its integral form the knowledge of the Wigner function at all points of the phase space at an initial time t0 can be substituted by the knowledge of the same function inside the region of interest at t0 and on its boundary at all times t′ less then the observation time t. The theory has been applied to calculate the current associated with electron quantum transport across given potential profiles and in presence of phonon scattering.
1999
- Quantum versus classical scattering in semiconductor charge transport: a quantitative comparison
[Articolo su rivista]
A., Bertoni; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; N., Sano
abstract
A first-principle analysis is presented of the effect on transport phenomena of the relaxation of the semiclassical assumptions of energy conservation and point-like nature in space/time of the scattering processes. Quantitative estimates for the quantum case have been obtained within the Wigner-function approach with the use of the concept of Wigner paths. This formulation of the transport problem, although rigorous from the point of view of quantum mechanics, is very close to the classical language, so that comparisons are very straightforward. Results of the analysis of phonon scattering show that multiple collisions reduce collisional broadening and contribute to understanding the success of the semiclassical approximation. An analogous formulation in terms of the density matrix confirms the obtained results. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.
1999
- THE WIGNER FUNCTION FOR ELECTRON TRANSPORT IN MESOSCOPIC SYSTEMS
[Articolo su rivista]
A., Bertoni; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
The Wigner-function approach to the quantum theory of electron transport in mesoscopic systems is reviewed. Delta-like or 'particle' contributions to the Wigner function are introduced that evolve in time along 'paths' formed by ballistic free Eights separated by scattering processes like semiclassical particles. A Monte Carlo algorithm can be developed, based on such Wigner paths. Furthermore, a two-time Green function G can be used to define a Wigner function where momentum and energy are treated as independent variables. The same Monte Carlo approach would then also yield the spectral function for the electron interacting with the phonon gas.
1999
- WIGNER PATHS FOR QUANTUM TRANSPORT IN SEMICONDUCTORS
[Relazione in Atti di Convegno]
Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; M., Pascoli; A., Bertoni; Jacoboni, Carlo
abstract
Wigner paths in phase space associated with electronic quantum transport in the Wigner-function formulation are presented and compared with Wigner trajectories, already used in the literature for the case of ballistic coherent transport. Furthermore it is indicated how Wigner paths can be profitably used for the numerical study of quantum transport in mesoscopic systems in presence of phonon scattering.
1998
- APPLICATION OF THE WIGNER-FUNCTION FORMULATION TO MESOSCOPIC SYSTEMS IN PRESENCE OF ELECTRON-PHONON INTERACTION
[Articolo su rivista]
Jacoboni, Carlo; A., Abramo; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; M., Pascoli
abstract
A theoretical and computational analysis of the quantum dynamics in presence of electron-phonon interaction based on the Wigner function is here applied to the study of transport in mesoscopic systems. Numerical applications are shown for a) a wavepacket scattering with phonons while crossing a potential profile and b) electrons scattering with phonons in a finite device with open boundary conditions.
1998
- Hydrodynamic simulation of Semiconductor Devices
[Capitolo/Saggio]
Massimo, Rudan; Martino, Lorenzini; Brunetti, Rossella
abstract
The hydrodynamic model has become popular in the last years in the field of analysis and simulation of semiconductor devices. This paper reviews the foundations of the method and its applications to device simulation.
1998
- MONTE CARLO SIMULATION OF SEMICONDUCTOR TRANSPORT
[Capitolo/Saggio]
Jacoboni, Carlo; Brunetti, Rossella; Bordone, Paolo
abstract
The contribution is mainly related to advanced problems in Monte Carlo simulations. The first section is concerned with physical models. The fundamentals of the method are discussed in next section. Then the chapter deals with applications and results for bulk semiconductor systems, low dimensional structures and devices.
1998
- Monte Carlo Simulation of hot electrons in semiconductor devices
[Capitolo/Saggio]
Jacoboni, Carlo; A., Abramo; Brunetti, Rossella
abstract
The Monte Carlo method is a very general mathematical tool for the solution of a large variety of problems. in this chapter we discuss the application of the method to high-field transport in semiconductors.
1998
- Monte Carlo analysis of anisotropy in the transport relaxation times for the hydrodynamic model
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; M. C., Vecchi; M., Rudan
abstract
This paper investigates the anisotropy properties of the relaxation times used in the hydrodynamic model. To this purpose a calculation of the collision term of the Boltzmann Transport Equation is performed by means of a Monte Carlo code accounting for the proper band structure and scattering features. Numerical results for electrons in silicon are shown at 77 and 300 K for E parallel to [100] and E parallel to [111].
1998
- QUANTUM ELECTRON-PHONON INTERACTION FOR TRANSPORT IN OPEN NANOSTRUCTURES
[Relazione in Atti di Convegno]
Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; M., Pascoli; Jacoboni, Carlo
abstract
Electronic quantum transport accounting for coherent propagation and electron-phonon scattering has been used to calculate the current-voltage characteristics for model nanostructures.
1998
- WIGNER PATHS AND BOUNDARY CONDITIONS FOR ELECTRON TRANSPORT IN OPEN SYSTEMS WITH ELECTRON-PHONON INTER-ACTION
[Relazione in Atti di Convegno]
Jacoboni, Carlo; A., Bertoni; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella
abstract
A Wigner-function approach to the study of quantum transport in open systems in presence of phonon scattering is presented. Two important issues will be discussed in the paper: a) the existence of Wigner paths in phase space with many analogies with the semiclassical description of transport and b) how to deal with boundary conditions for the analysis of real open structures. Theoretical and computational results will be discussed in view of the application of this formalism to the simulation of transport in mesoscopic structures.
1998
- WIGNER PATHS AND BOUNDARY CONDITIONS FOR ELECTRON TRANSPORT IN OPEN SYSTEMS WITH ELECTRON-PHONON INTER-ACTION
[Relazione in Atti di Convegno]
Jacoboni, Carlo; A., Bertoni; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella
abstract
Ed.IEEE, CAT.N.98X116
1998
- Wave-packet analysis of electron-phonon interaction in the Wigner formalism
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
A theoretical Wigner-function approach to the study of quantum transport in open systems in presence of phonon scattering is presented. It is shown here that in order to solve the Wigner equation in its integral form the knowledge of the Wigner function at all points of the phase space at an initial time t0 can be substituted by the knowledge of the same function inside the region of interest at t0 and on its boundary at all times t′ less then the observation time t. The theory has been applied to calculate the current associated with electron quantum transport across given potential profiles and in presence of phonon scattering.
1998
- Wigner paths for electrons interacting with phonons
[Articolo su rivista]
M., Pascoli; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
Wigner trajectories in phase space provide a pictorial representation of the quantum evolution of a system of interest in the Wigner-function formulation of quantum mechanics with many analogies with the description of classical evolutions. The existence of Wigner trajectories has been discussed so far only for ballistic coherent electrons moving in an external potential profile. We prove in this paper the existence of Wigner paths that are defined also in the presence of electron-phonon coupling, and go over some interpretative problems related to Wigner trajectories. Wigner paths can be used to determine the evolution of the Wigner function in time during scattering processes. This general result opens new fields of application of the concept of Wigner function, mainly in connection with the numerical study of quantum transport in mesoscopic systems.
1997
- Calculation of Hot-Carrier Thermal Conductivity from the Simulation of Submicron Semiconductor Structures
[Articolo su rivista]
Golinelli, P.; Brunetti, Rossella; Varani, L.; Reggiani, L.; Starikov, E.; Shiktorov, P.; Gruzinskis, V.; Gonzales, T.; Martin, M. J.; Pardo, D.
abstract
We propose a novel numerical procedure to calculate the hot-carrier thermal conductivity in bulk semiconductors. The method is based on combining Monte Carlo and hydrodynamic simulations of carrier transport in submicron inhomogeneous structures. Application to a Si structure indicates a decrease over one order of magnitude of the thermal conductivity of electrons at electric fields over , in close agreement with recent results obtained within the correlation-function formalism.
1997
- Full-band Monte Carlo analysis of hot-carrier light emission in GaAs
[Articolo su rivista]
Ferretti, I; Abramo, A; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
A computational analysis of light emission from hot carriers in GaAs due to direct intraband conduction-conduction (c-c) transitions is presented. The emission rates have been evaluated by means of a Full-Band Monte-Carlo simulator (FBMC). Results have been obtained for the emission rate as a function of the photon energy, for the emitted and absorbed light polarization along and perpendicular to the electric field direction. Comparison has been made with available experimental data in MESFETs.
1997
- Using the Wigner function for quantum transport in device simulation
[Articolo su rivista]
M., Nedjalkov; I., Dimov; Bordone, Paolo; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
The Wigner function was introduced as a generalization of the concept of distribution function for quantum statistics. The aim of this work is pushing further the formal analogy between quantum and classical approaches. The Wigner function is defined as an ensemble average, i.e., in terms of a mixture of pure states. From the point of view of basic physics, it would be very appealing to be able to define a Wigner function also for pure states and the associated expectation values for quantum observables, in strict analogy with the definition of mean value of a physical quantity in classical mechanics; then correct results for any quantum system should be recovered as appropriate superpositions of such ''pure-state'' quantities. We will show that this is actually possible, st the cost of dealing with generalized functions in place of proper functions.
1997
- Wigner function for open systems with electron-phonon interaction
[Articolo su rivista]
Bordone, Paolo; A., Abramo; Brunetti, Rossella; M., Pascoli; Jacoboni, Carlo
abstract
The Wigner-function (WF) formalism is used to analyze the quantum dynamics of charge carriers in presence of electron-phonon (e-p) interaction in open mesoscopic systems making use of the perturbation theory with the external fields incorporated into the unperturbed Hamiltonian. Proper boundary conditions have been chosen and the transport phenomenon inside the device is treated in such a way that boundary conditions at finite positions are kept unaltered, even though the basis of extended scattering states is used.
1996
- Hot-carrier thermal conductivity for hydrodynamic analyses
[Relazione in Atti di Convegno]
Brunetti, Rossella; P., Golinelli; L., Reggiani; M., Rudan
abstract
A theoretical and computational analysis of the anisotropy properties of the hot-carrier thermal conductivity in semiconductors is presented.
1996
- Monte Carlo Calculation of hot-carrier thermal conductivity in semiconductors
[Relazione in Atti di Convegno]
P., Golinelli; Brunetti, Rossella; L., Varani; L., Reggiani; M., Rudan
abstract
A generalization of the Wiedemann-Franz law under high-fields is studied with the aid of Monte Carlo simulations.
1996
- Quantum Transport with electron-phonon interaction in thw Wigner-function formalism
[Abstract in Atti di Convegno]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; M., Nedjalkov
abstract
A theory of quantum electron transport based on an extention of the Wigner function that includes electron-electron interaction is presented.
1996
- Thermal conductivity of hot electrons in Si
[Relazione in Atti di Convegno]
P., Golinelli; Brunetti, Rossella; L., Varani; Starikov, L. R. e. g. g. i. a. n. i. E.; P., Shiktorov; V., Gruzinskis; T., Gonzales; M. J., Martin; D., Pardo
abstract
We present a generalized definition of carrier thermal conductivity to hot carrier condition.
1995
- Polarization Properties of Hot-CArrier light from direct transitions
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; L., Carbone; Jacoboni, Carlo; A., Lacaita; M., Fischetti
abstract
A theoretical analysis is performed of the intensity and polarization of light emission from hot carriers in semiconductors due to conduction-conduction and valence-valence band transitions.
1994
- A COMPARISON OF NUMERICAL-SOLUTIONS OF THE BOLTZMANN TRANSPORT-EQUATION FOR HIGH-ENERGY ELECTRON-TRANSPORT SILICON
[Articolo su rivista]
Abramo, A; Baudry, L; Brunetti, Rossella; Castagne, R; Charef, M; Dessenne, F; Dollfus, P; Dutton, R; Engl, Wl; Fauquembergue, R; Fiegna, C; Fischetti, Mv; Galdin, S; Goldsman, N; Hackel, M; Hamaguchi, C; Hess, K; Hennacy, K; Hesto, P; Higman, Jm; Iizuka, T; Jun,
abstract
In this work we have undertaken a comparison of several previously reported computer codes which solve the semi-classical Boltzmann equation for electron transport in silicon. Most of the codes are based on the Monte Carlo particle technique, and have been used here to calculate a relatively simple set of transport characteristics, such as the average electron energy. The results have been contributed by researchers from Japan, Europe, and the United States, and the results were subsequently collected by an independent observer. Although the computed data vary widely, depending on the models and input parameters which are used, they provide for the first time a quantitative (though not comprehensive) comparison of Boltzmann Equation solutions.
1994
- A MULTIBAND MONTE-CARLO APPROACH TO COULOMB INTERACTION FOR DEVICE ANALYSIS
[Articolo su rivista]
Abramo, A; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; Venturi, F; Sangiorgi, E.
abstract
This paper presents an extension of the theoretical approach for both the short- and long-range components of the Coulomb interaction among carriers in semiconductors to the case of an arbitrary isotropic multiband model, devised for Monte Carlo simulation of silicon devices. The analytical and numerical aspects of the model are discussed in detail. Results for the effect of the Coulomb interaction on the carrier distribution function and on the energy-loss properties of the carrier gas are presented for the case of electrons in homogeneous and inhomogeneous silicon structures.
1994
- POLARIZATION ANALYSIS OF HOT-CARRIER LIGHT-EMISSION IN SILICON
[Articolo su rivista]
Carbone, L; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; Lacaita, A; Fischetti, M.
abstract
In this paper a theoretical-evaluation is given of the absolute intensity and polarization of light emission from silicon devices due to conduction-conduction (c-c) and valence-valence (v-v) direct transitions. The matrix elements of the momentum operator between Bloch states have been obtained from a full band-structure calculation performed with the pseudopotential method. Results have been obtained by using both analytical model distribution functions and realistic hot-carrier distributions obtained from Monte Carlo (MC) simulations based on the same band model. They show a polarization degree of a few per cent, which should be observable for these transitions.
1994
- QUANTUM-MECHANICAL EVOLUTION OF REAL-SPACE TRANSFER
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; Price, Pj
abstract
A rigorous quantum-mechanical treatment of the dynamical evolution of electronic real-space transfer from a quantum well is presented, based on the density-matrix theory. A continuous electron dynamical evolution (not an abrupt collision) corresponding to a phonon absorption is analyzed here. From the evaluation of the lowest-order correction to the unperturbed density matrix, the spatial and momentum distributions can be obtained. Results will also be shown for the Wigner and Husimi functions, and it will be discussed how the present results can be used for a semiclassical modeling of real-space transfer in a Monte Carlo simulation of this effect.
1994
- TIME-RESOLVED QUANTUM-THEORY OF REAL-SPACE TRANSFER
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; Price, Pj
abstract
A rigorous quantum treatment of real-space transfer for electrons from a quantum well is developed within the density matrix and Wigner function formalisms. A continuous electron dynamical evolution (not an abrupt collision) corresponding to a phonon absorption is described. From the evaluation of the lowest-order correction to the unperturbed density matrix, the spatial and momentum distributions can be evaluated. The Wigner and Husimi functions are also shown for physical situations of interest.
1993
- Monte CArlo Simulation of Silicon devices
[Capitolo/Saggio]
A., Abramo; Brunetti, Rossella; C., Fiegna; Jacoboni, Carlo; Riccò, B. B.; E., Sangiorgi; F., Venturi
abstract
An overview on the theoretical background of transport physics is presented together with a discussion of the most recent improvements to the traditional scheme.
1993
- Monte Carlo simulation of carrier-carrier interaction for silicon devices
[Relazione in Atti di Convegno]
A., Abramo; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; F., Venturi; E., Sangiorgi
abstract
A Monte Carlo approach to electron-electron scattering in silicon suitable to device analysis is presented.
1992
- A MULTIBAND MODEL FOR HOLE TRANSPORT IN SILICON AT HIGH-ENERGIES
[Articolo su rivista]
Abramo, A; Venturi, F; Sangiorgi, E; Fiegna, C; Ricco, B; Brunetti, Rossella; Quade, W; Jacoboni, Carlo
abstract
A new microscopic silicon model for hole transport at high electric fields featuring two valence bands in a finite Brillouin zone is presented. The band parameters and the electron-phonon coupling constants were determined by best fitting the density of states and the experimental and theoretical results for transport properties in the low and intermediate field-strength range. Hole impact ionization has been introduced following a new scheme that goes beyond the limitations contained in the Keldysh formula. The present model, coupled to an analogous model already developed for electrons, allows study of bipolar transport in silicon devices. Applications to bulk Si and Si p-MOSFETs are presented.
1992
- Quantum Transport
[Capitolo/Saggio]
F., Rossi; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
A general quantum approach to quantum transport in semiconductors is presented.
1991
- A new microscopic model for hole transport in silicon with application to submicron LDD MOSfets
[Relazione in Atti di Convegno]
A., Abramo; C., Fiegna; F., Venturi; Brunetti, Rossella; E., Sangiorgi; C., Bergonzoni; B., Riccò
abstract
A new Monte Carlo algorithm for electron transport at high electric fields in Si is presented.
1991
- AN IMPROVED IMPACT-IONIZATION MODEL FOR HIGH-ENERGY ELECTRON-TRANSPORT IN SI WITH MONTE-CARLO SIMULATION
[Articolo su rivista]
Thoma, R; Peifer, Hj; Engl, Wl; Quade, W; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
A new model for impact ionization in Si is presented, which goes beyond the limitations of the Keldysh formula and is based on a more realistic scheme developed starting from a first-order perturbation theory. This scattering mechanism is modeled by an extended band structure which includes many bands for electrons and one band for holes in a finite Brillouin zone. Some processes have been identified to bring the dominant contribution to the scattering probability, in the present approach, for electron energies ranging up to 3 eV. Expressions for the differential and integrated scattering probabilities have been obtained which are consistent with the band model and can be included in a Monte Carlo simulation of the electron gas. Results for transport quantities are shown for a bulk material in presence of homogeneous and static electric fields under physical conditions where impact ionization influences the carrier dynamics. A comparison with theoretical and experimental data from the literature is also given.
1991
- An introduction to charge quantum transport in semiconductors and numerical approaches
[Relazione in Atti di Convegno]
F., Rossi; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
A quantum traetment of electron transport in semiconductors is presented and results will be shown from numerical procedures.
1991
- Impact ionization of electrons in si with Monte Carlo simulation
[Capitolo/Saggio]
R., Thoma; H. J., Peifer; W. L., Engl; W., Quade; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
An advanced model for impact ionization for electrons is si is presented and implemented in a Monte Carlo simulation.
1991
- MONTE-CARLO SIMULATIONS OF HIGH-ENERGY ELECTRONS AND HOLES IN SI-N-MOSFETS
[Articolo su rivista]
Venturi, F; Sangiorgi, E; Brunetti, Rossella; Quade, W; Jacoboni, Carlo; Ricco, B.
abstract
Monte Carlo (MC) device simulations of high energy electrons and holes in Si-n-MOSFET's are presented. Key features of this work include the use of a suitable silicon model for carrier transport at high electric fields, an original impact ionization model, and sophisticated numerical techniques to speed up the calculation. The case of submicrometer Si-n-MOSFET's is considered as a relevant application.
1989
- A MANY-BAND SILICON MODEL FOR HOT-ELECTRON TRANSPORT AT HIGH-ENERGIES
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; Venturi, F; Sangiorgi, E; Ricco, B.
abstract
A new silicon model for electron transport at high electric fields is presented. The model features an original conduction-band structure consisting of three isotropic bands together with the lowest non-parabolic band in a finite spherical Brillouin zone. The bands are given by analytic expressions whose parameters are fixed by best fitting the density of states taken from band-structure calculations. Such a model is consistently used in electron dynamics and in the evaluation of the scattering probabilities. The coupling constants to the scattering agents are determined by best fitting the available experimental data on transport properties. The effect of the new model on the results is discussed for a bulk system with particular attention to the features (e.g. the detailed shape of the electron distribution function) which are important for device applications.
1989
- A new transport model of silicon for charge transport at high electron energies
[Relazione in Atti di Convegno]
Brunetti, Rossella
abstract
A new Monte Carlo algorithm for electron transport at high electric fields in Si is presented.
1989
- Monte Carlo simulation of electron heating in scaled deep submicron MOSfets
[Relazione in Atti di Convegno]
F., Venturi; E., Sangiorgi; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; B., Riccò
abstract
A Monte Carlo study of the effects of voltage scaling on hot-electron induced effects in submicron MOSfets is presented.
1989
- Quantum theory of transient transport in semiconductors: A Monte Carlo approach
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; F., Rossi
abstract
A Monte carlo method is presented for the evaluation of the density matrix from the solution of the Liouville-von neumann equation of an ensemble of noninteracting electrons in a semiconductor crystal.
1988
- A Monte CArlo Analysis of diffusion-noise properties in AlGaAs-GaAs quantum wells
[Relazione in Atti di Convegno]
Brunetti, Rossella; S., Goodnick
abstract
A general analysis of steady state velocity fluctuations, diffusion and noise for electrons in GaAs-AlGaAs quantum wells is presented using an enesemble Monte Carlo simulation.
1988
- Analysis of quantum features in transport theory from a quantum monte carlo approach
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
WE PRESENT A mONTE cARLO APPROACH TO THE SOLUTION OF THE Liouvlle equation for an ensemble of carriers in semiconductors.
1988
- Transient and Stationary Properties of velocity fluctuations in quantum wells
[Relazione in Atti di Convegno]
Brunetti, Rossella
abstract
A general analysis of transient and stationary properties of velocity fluctuations in quantum wells is presented. results have been obtained through Monte Carlo simulations.
1986
- A Monte Carlo solution of the Liouville Equaion for quantum transport in semiconductors
[Relazione in Atti di Convegno]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; P., Lugli; L., Reggiani
abstract
An original Monte Carlo solution of the Liouville equation for quantum transport in semiconductors is presented.
1986
- A Monte Carlo technique fro quantum transport in semiconductors
[Articolo su rivista]
Jacoboni, Carlo; P., Lugli; Brunetti, Rossella; L., Reggiani
abstract
A Monte Carlo approach to solve the Liouville quation for an electron-phonon system in semiconductors is presented.
1986
- Comparison between Monte carlo and davydov approaches to Hot-carrier transport in semiconductors
[Articolo su rivista]
L., Reggiani; Brunetti, Rossella; E., Normantas
abstract
Analytical calculations based on the Davydov distribution function are compared with Monte Carlo calculations for transport in presence of acoustic phonons.
1986
- Diffusion coefficient of holes in silicon by Monte Carlo simulation
[Articolo su rivista]
L., Reggiani; Brunetti, Rossella; E., Normantas
abstract
A theoretical investigation of the diffusivity of holes in Si is reported.
1985
- Effect of interparticle collisions on energy relaxation of carriers in semiconductors
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; A., Matulionis; V., Dienys
abstract
An Ensemble Monte carlo simulation is used to calculate the dynamics of charge carriers in semiconductors in the presence of interparticle collisions.
1984
- Analysis of the stationary and transient autocorrelation function in semiconductors
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
A theoretical analysis of velocity fluctuations in semiconductors is presented both in steady state and in transient regime conditions.
1984
- Transient and Stationary properties of hot-carrier diffusivity in semiconductors
[Capitolo/Saggio]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
The diffusion phenomena of electrons in semiconductors due to velocity fluctuations in presence og high electric fields is reviewed.
1983
- Diagonal and off-diagonal contributions to autocorrelation of velocity fluctuations in semiconductors
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
A theoretical analysis of velocity fluctuations in semiconductors is presented.
1982
- Prediction of negative diffusivity under transient regime conditions
[Articolo su rivista]
B., Boittiaux; E., Constant; L., Reggiani; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
we report on the possibility of a negative diffusivity under transient regime conditions.
1981
- Diffusion coeffcient of electrons in Si
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; Nava, Filippo; L., Reggiani; G., Bosman; R. J. J., Zijlstra
abstract
An experimental and theoretical analysis of the diffusivity of electrons in si is presented.
1981
- Diffusion coefficient of electrons in silicon
[Articolo su rivista]
Brunetti, R.; Jacoboni, C.; Nava, F.; Reggiani, L.; Bosman, G.; Zijlstra, R. J. J.
abstract
This paper reports an experimental and theoretical analysis of the diffusivity of electrons in Si as function of temperature, field strength, and field direction. Results for the longitudinal diffusion coefficient have been obtained experimentally for fields applied along 〈111〉 and 〈100〉 directions with time-of-flight and noise measurements. Calculations have been performed with the Monte Carlo procedure. The theoretical analysis, which includes an extensive discussion of the intervalley diffusion process, has yielded a revised version of the silicon model which correctly interprets both the new diffusion data and other well-established electron transport properties. The revision of the model is mainly concerned with the relative weights of f and g intervalley scattering mechanisms. In fact the interpretation of the anisotropy of the diffusion allows separate estimates of the two types of scattering through their different effects on the intervalley diffusion which comes about when electrons have different drift velocities in different valleys.
1981
- Frequency and wavevector dependent diffusion coefficient of electrons from Monte Carlo simulation
[Relazione in Atti di Convegno]
Jacoboni, Carlo; L., Reggiani; Brunetti, Rossella
abstract
A general expression of a frequency and wavevector dependent diffusion coefficient for electrons is obtained and used in Monte Carlo simulations
1981
- On Intervalley diffusion of hot electrons
[Articolo su rivista]
Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo; L., Reggiani
abstract
A Monte Carlo analysis of intervalley diffusion in Si is presented.
1981
- The method of moments for the analysis of transient hot-carrier phenomena
[Articolo su rivista]
L., Reggiani; Brunetti, Rossella; Jacoboni, Carlo
abstract
The method of moments is used to analyse the transient behavior of drift velocity and diffusion coefficient.