Il percorso formativo è centrato sullo sviluppo/applicazione di tecniche sperimentali e metodi teorico/computazionali avanzati per lo studio della materia e dei sistemi alla nano-scala. Alcuni altri aspetti della fisica fondamentale e applicata sono altresì oggetto del corso. Il progetto formativo comprende: un progetto di ricerca originale; la partecipazione a corsi, seminari e scuole; erogazione di esercitazioni; esperienze di comunicazione scientifica e (limitata) attività didattica.

Le tematiche caratterizzanti del Corso comprendono:
● Sistemi, materiali e dispositivi per la sostenibilità e per la salute
○ Raccolta, accumulo e conversione di energia
○ Elettronica (bio)organica e elettronica flessibile
○ Nano-tribologia
○ Biosistemi per la salute
● Scienze quantistiche e nanotecnologie
○ Tecnologie quantistiche
○ Scienza dell'informazione quantistica
○ Materiali a bassa dimensionalità e quantistici: crescita, caratterizzazione e modellizzazione
○ Micro e nanofabbricazione
○ Microscopie e spettroscopie
● Teoria e calcolo della materia condensata
○ Simulazioni multiscala a principi primi
○ Teoria quantistica dei sistemi a molti corpi
○ Simulazioni avanzate di materiali e molecole: proprietà, eccitazioni e spettroscopie
○ Sviluppo di teorie e metodi per la fisica computazionale della materia condensata
○ Calcolo ad alte prestazioni per i materiali
○ Progettazione basata sui dati e scoperta dei materiali: machine learning e flussi di lavoro automatizzati
● Interazioni fondamentali e astrofisica
○ Teoria quantistica dei campi
○ Teoria delle stringhe
○ Fisica delle alte energie e delle astroparticelle
○ Teoria e metodi computazionali per la simulazione di buchi neri e galassie

Per lo svolgimento dei progetti di ricerca, i dottorandi hanno accesso a infrastrutture sia locali (deposizione materiali, litografie, microscopie, spettroscopie, laboratori di basse temperature, di biofisica e per il calcolo scientifico) che internazionali (sincrotroni, super-calcolo, campi magnetici intensi, microscopia elettronica, laser a elettroni liberi) e hanno modo di partecipare a Congressi, Scuole e reti di ricerca nazionali/internazionali con soggiorni all'estero. I progetti applicativi prevedono anche periodi di formazione in aziende o in collaborazione con altri soggetti ( ad es. enti di ricerca, scuole secondarie) per la comunicazione scientifica. Le diverse attività svolte dai dottorandi vengono monitorate e validate annualmente dal Collegio.