Descrizione della commessa "Nanostrutture Magnetiche per la Spintronica e la Nanomedicina (PM.P04.006)"

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  • Descrizione della commessa "Nanostrutture Magnetiche per la Spintronica e la Nanomedicina (PM.P04.006)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La rigenerazione dei tessuti attraverso scaffold magnetici ha un forte impatto ed ha un indubbio valore sociale. La possibilità di applicazioni in vivo potrebbe ridurre i tempi di riabilitazione in seguito a lesioni ed operazioni riducendone anche i costi associati. La spintronica organica in particolare per quel che riguarda applicazioni in dispositivi multifunzionali rappresenta una possibile alternativa all'elettronica convenzionale riducendo la potenza di operazione e introducendo materiali con minor impatto ambientale. (literal)
Strumentazione
  • Sistema complesso (HIGS) per la fabbricazione di dispositivi ibridi spintronici comprendente le tecniche Channel Spark Ablation(CSA) temperature da 100 K a 1000K, 2 sorgenti di evaporazione tramite fascio elettronico di metalli ferromagnetici e non, camera UHV-OMBD con 5 celle Knudsen camera di introduzione e preparazione di campioni camera maschere UHV con 4 maschere MOKE (campi fino a 0.3T) con criostato a flusso continuo con accessi ottici ( 10-350 K) 1 sistemi di crescita Pulsed plasma deposition (PPD) Magnete superconduttore (>7T) 2 set-up per misure di magnetoresistenza (4-300K) con generatore di segnali; Misure AC e DC Effetto Hall (10-350K) ; Elettromagnete (poli diametro =10cm) foto- ed elettroluminescenza in campi magnetici con la risoluzione temporale (100ps-1ms); Suscettività magnetica e magnetizzazione con bilancia magnetica. Cappa chimica di preparazione substrati Criostato a ciclo chiuso (15-350 K) per misure di resistenza e magnetoresistenza Camera sterile per la coltivazione, mantenimento, magnetizzazione, manipolazione magnetica e analisi microscopica/spettroscopica di vari tipi di cellule Sistema per impregnazione magnetica di scaffold porosi (literal)
Tematiche di ricerca
  • Proprietà spintroniche dei materiali ibridi nanostrutturati Effetti memristor nei materiali ibridi: dispositivi unici operanti come sensori, memorie e processori Effetti multifunzionali magneto-elettro-ottici come base di nuovi paradigmi per dispositivi ICT Proprietà statiche e dinamiche di spin dei portatori di carica all'interfaccia tra materiali ferromagnetici e semiconduttori organici; Crescita e caratterizzazione di film di ossidi magnetici (manganite, magnetite ed altri) con metodo Channel Spark ablation (CSA); Crescita e caratterizzazione di multistrati ossido/metallo/organico per dispositivi verticali; Proprietà chimiche e fisiche di interfacce ibride sepolte e non mediante tecniche di sincrotrone; Proprietà magneto-ottiche dei film magnetici e delle strutture ibride; Crescita di diversi ricoprimenti duri e ultra-duri; Caratterizzazioni ottiche in regime dinamico di materiali organici; Applicazioni di valvole di spin per la sensoristica; Architetture cellulari 3-Dimensionali assemblate con forze magnetiche; Nanoparticelle magnetiche per applicazioni nano-biomediche, Sintesi di scaffold magnetici di vari materiali polimerici e ceramici (literal)
Competenze
  • Iniezione e trasporto di cariche spin polarizzati nei semiconduttori organici Effetti multifunzionali elettro-opto-magnetici nelle nanostrutture ibride organico-inorganico Dispositivi innovativi a base di materiali avanzati per ICT (beyond CMOS + beyond Si) Dispositivi a film sottili per elettronica (memristor a base di ossidi e memristor organici) Dispositivi innovativi per applicazioni bio-medicali e ambientali Studi ed elaborazione di dati provenienti da spettroscopie tipo XMCD, XPS, UPS, riflettività; Elaborazione di dati magneto-ottici tipo Kerr (MOKE); Proprietà strutturali, elettriche, magnetiche ed ottiche di ossidi magnetici spin polarizzati ed ossidi funzionali; Elettro- e fotoluminescenza risolta in tempo in campi magnetici; Crescita di eterostrutture di ossidi complessi Crescita di diversi ricoprimenti duri con tecniche CSA; Interazioni magnetiche interfacciali, effetti prossimità Applicazioni magnetiche in medicina: nanoparticelle e scaffold magnetici per tissue engineering Caratterizzazioni magnetiche di bulk e film sottili Manipolazione magnetica e analisi microscopica/spettroscopica di di cellule magnetizzate (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • La commessa ha brevettato la scoperta del Memristor amplificato col campo magnetico, un dispositivo che si presenta come un forte candidato per le future memorie e processori dei computer, nonchè per la applicazioni nel campo degli smart tissues. La tecnologia di preparazione di materiali duri ceramici e non attraverso la tecnica CSA è relativamente economica, ed il progetto industriale finanziato alla commessa si orienta proprio all'estensione a scala industriale di questa tecnica. Le ricadute nei processi produttivi riguardano la maggiore resistenza all'usura e alla possibile sostituzione di componenti pesanti con parti leggere (eventualmente in plastica) L'uso di sensori ibridi magnetici in medicina permetterà la detection di nanoparticelle opportunamente funzionalizzate con target biologici aumentando la sensibilità a basse concentrazioni. Lo stesso metodo è applicabile nel campo ambientale per il rivellamento dei nano-contaminanti. L'assemblaggio magnetico cellulare ha la potenzialità di proporre soluzioni nuove nel campo del 3D printing cellulare anche a livello commerciale. (literal)
Tecnologie
  • Il sistema CSA è in grado di effettuare modifiche mirate delle superfici di diversi materiali metallici, ceramici o plastici. La tecnica è utilizzato per la realizzazione del progetto Industria 2015-Nanostrata, dove l'adesione di ricoprimenti funzionali verrà aumentata grazie ad un processo di intercompenetrazione delle componenti substrato-ricoprimento. L'uso di sensori ibridi magnetici in medicina permetterà la detection di nanoparticelle opportunamente funzionalizzate con target biologici aumentando la sensibilità a basse concentrazioni permettendo la realizzazione di dispositivi spintronici biocompatibili anche in vivo. La commessa sta sviluppando una tecnologia concettualmente innovativa in grado di proporre soluzioni e percorsi per arrivare alla realizzazione di processi e strumenti in grado di effettuare il 3D printing cellulare con livelli TRL alti (si sta lavorando su TRL 5-6). (literal)
Obiettivi
  • -sviluppo e realizzazione di nuove interfacce ibridi con effetti spin filtering per la spintronica organica -studio dell' effetto del campo elettrico su dispositivi spintronici: effetti statici (non-volatili) e dinamici (volatili) per applicazioni di memoria, processing e sensoristiche -modelli di trasporto e iniezione di spin nei dispositivi organici -studio di OLED con iniezione spin polarizzata: effetti di statistica degli spin sull'efficienza e altri parametri OLED -dispositivi a base di ossidi complessi per la spintronica, magnetoelettronica e sensoristica -film a base di ossidi per applicazioni TCO (transparent conducting oxide) -diagnostica precoce e teragnostica a base di assay magnetici (magnetic lab on a chip) -rigenerazione tissutale attraverso l'uso di scaffold magnetici -strutture cellulari tridimensionali guidate da campi magnetici (literal)
Stato dell'arte
  • La ricerca sulla spintronica e elettronica/sensoristica magnetica negli ultimi anni si è sviluppata in collaborazione con circa 20 partner europei e partner extraeuropei concentrandosi prevalentemente sulle proprietà magnetici interfacciali. E' stato dimostrato che queste proprietà sono controllabili con metodi chimici (scelta dei materiali), fisici (morfologia, energetica) e elettro-magneticamente (corrente, voltaggio). Queste conoscenze creano delle forti basi per il design e fabbricazione di una serie di dispositivi magneto-elettrici innovativi. La consolidata esperienza nella deposizione di film sottili ceramici è utilizzata sia nel campo dell'elettronica di ossidi ed etero strutture multifunzionali (progetto europeo IFOX) che nel campo dei ricoprimenti duri per applicazioni industriali (Industria 2015). Applicazioni di materiali magnetici nano e macro-strutturati vengono studiati per applicazioni per drug-delivery e nella rigenerazione tissutale. E' iniziata inoltre una linea di ricerca innovativa per la generazione di strutture cellulari 3D guidate in vitro magneticamente in ambiente sterile. (literal)
Tecniche di indagine
  • Il sistema HIGS permette la sintesi di dispositivi ibridi organico-inorganico per applicazioni spintroniche (e non). Combina tecniche di deposizioni in regimi completamente diversi (da basso vuoto 10-2 mbar a UHV 10-9mbar) e permette la realizzazione completa di dispositivi in situ. Misure di magnetoresistenza in regime continuo e impulsato permettono di esplorare le proprietà di trasporto di spin nei materiali organici e del ruolo dei difetti nei meccanismi di spin scattering. Misure di magneto-ottica permettono di ottimizzare i processi di deposizione di ferromagneti e permettono la correlazione con proprietà intrinseche dei materiali Il sistema di misure di foto- ed elettroluminescenza in campi magnetici risolto in tempo è in grado di fornire informazioni dettagliati sulle proprietà degli eccitoni Frenkel nei semiconduttori organici. Misure di momento magnetico con la bilancia magnetica permettono di testare la qualità magnetica di materiali bulk (impregnazione di scaffold, sospensioni di nanoparticelle). Il bioreattore permette la coltivazione in vitro di cellule interne allo scaffold e di valutare la funzionalità di scaffold magnetizzati (literal)
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