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Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
UMR 7590 - Sorbonne Université/CNRS/MNHN/IRD

Séminaire/Seminar - Into the dynamics of complex molecular systems - Giovanni M. Pavan

Mercredi 15 mars 2023 à 16 h / Wednesday March 15, at 16:00

Sorbonne Université - Campus Pierre et Marie Curie - 4 Place Jussieu - 75005 PARIS - IMPMC - Barre 22-23 - 4e étage  - salle 401


Giovanni M. Pavan
1 Department of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino, Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino, Italy

2 Department of Innovative Technologies, University of Applied Sciences and Arts of Southern Switzerland, Polo Universitario Lugano, Campus Est, Via La Santa 1, CH-6962 Lugano-Viganello, Switzerland

Abstract
Nature uses self-assembly for building complex supramolecular systems with fascinating functional properties. In these systems, the constitutive units self-organize via reversible interactions generating higher scaleassembled structures/entities that are in continuous dynamic exchange and communication with each other and with the external environment. Such innate dynamics imparts to these materials/systems unique properties as, e.g., the ability to respond to specific stimuli, to dynamically adapt and reconfigure their structure, to convert energy into autonomous behaviors1
or to control chemical reactivity within them. Learning the principles to rationally design artificial molecular systems with similar programmable behaviors1 would be a breakthrough in many fields, but the microscopic details of their dynamic behavior and the key factors controlling them remain often prohibitively difficult to elucidate.
Multiscale molecular models2 advanced computer simulations3 and machine learningmay offer a key support to reaching such an ambitious goal.
In this presentation I will show some examples of how the rich, multilayered dynamics of complex molecular systems may have a profound impact on emergent properties such as, e.g., stimuli-responsive5 reactive6 or autonomous bioinspired behaviors7 to mention a few. I will discuss recent efforts conducted in our group tounravel the intricate communication networks present in innately dynamic complex supramolecular systems8 and to develop high-dimensional descriptors capable of tracking local fluctuations emerging within them that are key for their
ensemble properties but typically difficult to detect9.

The results that we are obtaining have a general character and are bringing us new knowledge, challenging in a broadsense classical paradigms in chemistry and materials science10.


References:
1. Aida, T.; Meijer, E.W. & Stupp, A. I. Science, 2012, 335, 813
2. (a) Bochicchio, D. & Pavan, G. M. ACS Nano 2017, 11, 1000-1011; (b) De Marco, A. L.; Bochicchio, D.; Gardin, A.; Doni,
G. & Pavan, G. M. ACS Nano 2021, 15, 14229-14241
3. Bochicchio, D.; Salvalaglio, M. & Pavan, G. M. Nature Commun. 2017, 8, 147
4. (a) Gardin, A.; Perego, C.; Doni, G. & Pavan, G. M. Commun. Chem. 2022, 5, 82; (b) Gasparotto, P.; Bochicchio, D.; Ceriotti,
M. & Pavan, G. M. J. Phys. Chem. B 2020, 124, 589-599
5. Lionello, C.; Perego, C.; Gardin, A.; Klajn, R. & Pavan, G. M. ACS Nano 2023, 17, 275-287; (b) Bochicchio, D.;
Kwangmettatam, S.; Kudernac, T. & Pavan, G. M. ACS Nano 2019, 13, 4322-4334
6. (a) Delle Piane, M.; Pesce, L.; Cioni, M. & Pavan, G. M. Chem. Sci. 2022, 13, 11232-11245; (b) Pesce, L.; Grommet, A.;
Klajn, R. & Pavan, G. M. JACS 2020, 142, 9792-9802
7. Lionello, C.; Gardin, A.; Cardellini, A.; Bochicchio, D.; Shivrayan, M.; A. Fernandez, A.; Thayumanavan, S. & Pavan, G.
M. ACS Nano 2021, 15, 16149-16161
8. Crippa, M.; Perego, C.; de Marco, A. L. & Pavan, G. M. Nature Commun. 2022, 13, 2162
9. (a) Crippa, M.; Cardellini, A.; Caruso, C. & Pavan, G. M. ArXiv 2022, DOI:10.48550/arXiv.2212.12694; (b) Caruso, C.;
Cardellini, A.; Crippa, M.; Rapetti, D. & Pavan, G. M. ArXiv 2023, DOI:10.48550/arXiv.2302.09673.
10. (a) Cioni, M.; Polino, D.; Rapetti, D.; Pesce, L.; Delle Piane, M. & Pavan, G. M. J. Chem Phys. 2023,
DOI:10.1063/5.0139010; (b) Rapetti, D.; Delle Piane, M.; Cioni. M.; Ferrando, R. & Pavan G. M. ChemRxiv 2022,
DOI:10.26434/chemrxiv-2022-7wfm9

Cécile Duflot - 10/03/23

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