Descrizione previsione attività della commessa "Materiali multifunzionali innovativi e dispositivi per l'elettronica e l'energetica (MD.P04.026)"

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  • Descrizione previsione attività della commessa "Materiali multifunzionali innovativi e dispositivi per l'elettronica e l'energetica (MD.P04.026)" (literal)
Iniziative per acquisizione entrate
  • Come ulteriori fonti di finanziamento, i ricercatori afferenti alla Commessa rivolgeranno la loro attenzione ai bandi europei collocati all'interno del nuovo programma HORIZON 2020. In particolare, si segnalano le sottomissioni 5 progetti europei alla call FET-OPEN (scadenza Settembre 2014). Durante l'anno 2015, sarà pienamente operativo il progetto premiale congiunto tra INFN e CNR intitolato \"EOS: Elettronica Organica per Strumentazione innovativa di ricerca\". Tale progetto mira alla fabbricazione di transistor organici (OFET) sia tipo p che n con elevate prestazioni elettriche. Nelle attività concernenti lo studio delle interfacce di sistemi ossidi, si segnala che è ancora in corso il progetto PRIN \"OXIDE\" (Resp. nazionale prof. Lorenzo Marrucci), con parziale coinvolgimento della commessa Si segnalano infine la presentazione di numerose proposte di finanziamento a fondazioni bancarie e la sottomissione da parte di G. De Luca di una proposta progettuale al bando SIR: SCIENTIFIC INDEPENDENCE OF YOUNG RESEARCHERS. Il progetto dal titolo \"SCIENCE: Spin and Charge IntErface coupling for Non-Conventional Electronics\" ha come obiettivo principale la realizzazione di film sottili ed eterostrutture basate su ossidi funzionali e la conseguente caratterizzazione degli stati elettronici legati alle superfici e interfacce con riferimento ai vari composti. (literal)
Punti critici
  • il principale punto critico che la ricerca deve affrontare è costituito dalla vetustà delle apparecchiature scientifiche a disposizione della commessa. la mancanza di finanziamenti interni volti a ammodernare il parco strumentazione rende sempre più difficile ed aleatorio l'ottenimento di risultati significativi a livello internazionale altro punto critico che ostacola la ricerca è costituito dalla mole di burocrazia necessaria a ordinare materiale di consumo e attrezzature da laboratorio. se da un lato, la procedura prevista può essere condivisibile per grandi quantitativi (es carta, toner etc) o per grosse cifre, risulta assolutamente inadeguata alla gestione quotidiana delle attività di laboratorio. in particolare, i documenti richiesti ai fornitori stranieri generano rifiuti di ordini o allungamento dei tempi di consegna che impediscono al gruppo di ricerca di essere competitivo a livello internazionale. altri punti critici di carattere gestionale sono la mancanza di un tecnico addetto all'impianto di liquefazione e di un tecnico elettronico. da un punto di vista scientifico, invece, il principale punto critico riguarda la mancanza di un laboratorio di nanolitografia. a tale mancanza si sopperisce con l'attivazione di collaborazioni quali ad esempio quella con l'Istituto ICIB di Napoli o con le Università di Osaka e Ginevra. altri aspetti cruciali riguardano il rafforzamento delle collaborazioni nazionali e internazionali con gruppi di ricerca teorici per la modellizzazione dei fenomeni osservati nei materiali e dispositivi studiati dalla commmessa. (literal)
Attività da svolgere
  • Le attività per il 2015 si concentreranno su: A) deposizione e caratterizzazione di eterostrutture di ossidi isolanti o semiconduttori per applicazioni in elettronica ed energetica continueranno le attività legate allo studio, con tecniche spettroscopiche avanzate, dei meccanismi elettronici alla base delle proprietà delle interfacce tra materiali ossidi a forte correlazione elettronica. Questi studi saranno affiancati da misure di magneto-trasporto anche a temperature ultra-basse (mK). Nello specifico, l'attenzione sarà ancora concentrata sulle proprietà di eterostrutture quali LAO/ETO/STO, LAO/STO, ZnO/ZnMgO CCO/STO, CCO/LSMOe BMO/STO. Allo stesso tempo, si esploreranno le caratteristiche di superficie di cristalli di STO con orientazioni differenti (in primis le 110 e 111). Saranno anche proseguiti gli studi sui cuprati e sulle relative eterostrutture con spettroscopie avanzate, così come le attività sui materiali multiferroici. B) dispositivi microelettromeccanici basati su ossidi di transizione per applicazione in energia, sensoristica e in campo biomedicale Saranno approfonditi gli studi di risonanza meccanica e di autoriscaldamento in strutture sospese di manganiti. sarà esplorata la possibilità di utilizzare un dispositivo sospeso di manganite come sensore di campo magnetico. C) deposizione di calcogenuri di metalli di transizioni tramite tecniche a basso costo proseguirà l'attività di deposizione di strati di calcogenuri di metalli di transizione tramite ink-jet cercando di indurre la tessiturazione del composto durante la crescita in modo da ottenere alte mobilità e bassa concetrazione di bordi di grano. D)nanopolveri di ossidi di metalli di transizione per applicazioni antibatteriche e sensoristiche L'attività nel 2015 sarà ancora orientata nella messa a punto di materiali funzionali a base di TiO2 nanometrico variamente drogato e supportato su silice, zeoliti o film polimerici per applicazioni in campo ambientale e biomedicale quali il trattamento di acque provenienti dal settore agro-alimentare, il trattamento antibatterico di superfici per applicazioni in campo sanitario. Verrà inoltre ripresa la collaborazione con l'IIT per incrementare l'attività catalitica dell'Au nanometrico supportandolo su particelle di TiO2 \"urchin shaped\". Proseguimento dello studio della risposta del TiO2 all'esposizione di ossigeno, investigando morfologie differenti dei campioni per potenziare la sensibilità e continuando l'approfondimento dello studio del meccanismo fisico-chimico alla base del fenomeno. E) - Studio di risonanze plasmoniche localizzate in sistemi auto-organizzati nanostrutturati costituiti da nanoparticelle di leghe. F) deposizione e caratterizzazione di ossidi conduttivi ionici e protonici per applicazioni in energetica Saranno studiati materiali conduttori misti ionico/elettronico per applicazioni in memorie resistive e materiali per applicazioni nel campo dell'energia. In particolare, saranno studiati sistemi di ossidi complessi a base di conduttori ionici e protonici seguendo diversi approcci per aumentarne la conducibilità: interfacce coerenti ottenute mediante un buon accoppiamento reticolare tra film e substrato, interfacce strutturalmente molto difettate a causa dell'elevata differenza cristallografica tra film e substrato, drogaggio eterogeneo mediante difetti localizzati alle interfacce di eterostrutture formate da strati non drogati. Infine, nel campo fotovoltaico si proveranno a depositare film basati su strutture perovskitiche per la realizzazione di celle solari. G) Deposizine di film e eterostrutture di materiali organici e ibridi organico/inorganico Saranno sviluppati e caratterizzati OFET con elevate prestazioni elettriche e rami circuitali digitali e/o analogici basati su essi. A tal fine, la maggior parte degli sforzi sarà focalizzata sulla tecnica di deposizione SuMBE. Saranno inoltre realizzati e caratterizzati OFET con lunghezza di canale sub-micrometrica, utilizzando anche la microscopia Kelvin Probe per valutare l'effetto delle resistenze di contatto. Nell'ambito di collaborazioni internazionali, proseguiranno le misure di conduttanza di singola molecola per i composti PDI_CY con lo scopo di identificare le configurazioni molecolari più stabili rispetto all'uso di nano-elettrodi di oro. Nuove combinazioni di materiali metallorganici e grafeni saranno considerate per la definizione di strutture ibride dalle proprietà innovative. Per lo studio di tali composti, si farà ricorso anche ad esperimenti con spettroscopie avanzate quali NEXAFS ed NMR. Con riferimento alla ricerca sui fenomeni di superficie ed interfaccia in semiconduttori funzionali, si segnalano le seguenti attività da svolgere: (literal)
Risultati attesi
  • Nell'ambito dei sistemi a forte correlazione elettronica, i principali risultati attesi riguarderanno lo studio: - dei meccanismi fondamentali che inducono la formazione di un gas bidimensionale all'interfaccia tra ossidi; - di materiali multiferroici, ove è possibile controllare due o più gradi di libertà sfruttando la coesistenza di stati fondamentali elettronici differenti (es. magnetismo e ferroelettricità, piezoelettricità e stati conduttivi); - delle eccitazioni magnetiche (magnoni, bimagnoni) in superconduttori cuprati ad alta Tc; - delle eccitazioni orbitali e di carica negli ossidi di Cu, Mn e Ti, anche alle interfacce, e degli effetti di strain su queste proprietà; - dei meccanismi fenomenologici e microscopici, dell'influenza del disordine termico o magnetico sul fenomeno delle Charge Density Waves (CDW). - di dispositivi microelettromeccanici progettati per rivelare campi magnetici di bassa intensità per applicazioni biomedicali - delle risonanze plasmoniche in film sottili e nanoparticelle di ossidi e leghe metalliche allo scopo di tunare il picco di assorbimento agendo su composizione, forma e densità di carica dei materiali - delle proprietà fotocatalitiche e antibatteriche di nanoparticelle di ossidi per applicazioni in ambiente sanitario - sull'origine microscopica degli effetti di interfaccia sia sulla superconduttivita' che sull'accoppiamento magnetico nelle eterostrutture a base di CCO. Malgrado i numerosi studi presenti in letteratura co sono ancora molti aspetti da chiarire come ad esempio il ruolo degli orbitali z2 nella superconduttivita' e della covalenza indotta dall'ossigeno apicale nel tipo di accoppiamento interfacciale. - Di conduttori ionici in cui si intende migliorare la conduzione a temperatura ambiente per le applicazioni in micro-SOFC non solo sfruttando gli effetti di strain, ma anche utilizzando un approccio poco praticato in questo campo: la realizzazione di superreticoli in modo da modulare le vacanze all'interfaccia e diminuire l'energia di associazione drogante-vacanza. Inoltre, verranno fabbricate: eterostrutture a base di ossidi per gas di elettroni bidimensionali (PLD e MBE); eterostrutture multiferroico/cuprati (sputtering); multiferroici artificiali. Per le attività di ricerca sui fenomeni di superficie ed interfaccia in semiconduttori funzionali, si attendono i seguenti risultati: • Completamento dello studio della risposta del TiO2 all'esposizione di ossigeno e di altri analiti riducenti o ossidanti. Studio comparato su varie morfologie di campioni e attivazione di alcune collaborazioni a livello nazionale a riguardo. Maggiore comprensione del fenomeno e delle sue possibili applicazioni. • Possibilità di avviare una linea di ricerca sullo studio di fenomeni di interfaccia in semiconduttori organici e di loro possibili applicazioni in sensoristica chimica tramite attivazione del finanziamento Prog. Premiale 2012 \"EOS: (EOS: Elettronica Organica per Strumentazione innovativa di ricerca\"). In riferimento ai composti organici elettricamente attivi, tra i principali risultati attesi si citano: - Realizzazione e caratterizzazione di OFET con elettrodo di gate localizzato ed elevate mobilità (µ>0.1 cm2/volt*sec); - Realizzazione e caratterizzazione, anche in termini dei valori delle resistenze di contatto, di OFET n-type basati su layer di PDI_CY e aventi canali attivi con lunghezza sub-micrometrica; - Analisi della risposta elettrica di break-junctions molecolari basate su composti PDI_CY e stima dei valori di conducibilità di singola molecola; - Stima della mobilità e analisi di stabilità di OFET basati su film di PDI_CY in configurazione water-gate; - Stima del limite di detection della concentrazione di dopamina in soluzioni di tampone fostato salino mediante OECT; - Analisi della biocompatibilità di superfici di PEDOT:PSS in riferimento a colture neuronali dopaminergiche; - Caratterizzazione elettrica in aria e in ambienti elettrolitici di canali conduttivi a base di melanina e layer grafitici; - Caratterizzazione elettrica in regime AC di film di PDI_CY su substrati non convenzionali. In relazione al sistema MAPLE, sono attesi risultati nella: - Deposizione di film sottili di lipasi integrati da materiali che ne migliorino le proprietà al fine di realizzare dispositivi adatti all'utilizzo in processi di recupero di oli esausti e di biosensori. Per i film di silicio carbonio idrogenato, si prevede di ottenere, mediante misure di foto conducibilità, la stima quantitativa di parametri riferiti alle dinamiche di ricombinazione nonché la valutazione del prodotto mobilità/tempo di vita media dei portatori liberi. (literal)
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