Le attività di ricerca di questa macroarea riguardano lo studio di sistemi isolati, sistemi a bassa dimensionalità, superfici ed interfacce a livello strutturale, spettroscopico e dinamico. Lo studio della dinamica di processi elementari in atomi, molecole, clusters e di ioni multiplamente carichi ha l’obiettivo di fornire informazioni sulla struttura elettronica, la reattività ed il comportamento chimico-fisico di sistemi campione utilizzati in diverse aree della ricerca di base e applicata.

I materiali a bassa dimensionalità oggetto di studio sono nanostruttture, superfici funzionalizzate e film sottili. Tali materiali sono ottenuti tramite epitassia da fasci atomici/molecolari, autoassemblaggio di molecole su superfici e reazioni chimiche di superficie. Esempi sono le attività di ricerca nei settori delle proprietà magnetiche ed elettroniche di atomi e molecole su superfici, cluster, nanofili e nanoreticoli magnetici. Di particolare rilievo è lo studio dei fenomeni quantistici che emergono nei materiali 2D, quali il grafene e beyond-graphene, e nel confinamento elettronico in film ultrasottili. Per svolgere questa attività si utilizzano tecniche di microscopia e varie spettroscopie elettroniche, ioniche ed ottiche mediante sorgenti di laboratorio e facility nazionali ed internazionali di luce di sincrotrone e radiazione FEL. Queste indagini sono sostenute da analisi teorico/computazionali per lo studio quantistico dei processi chimici.