Descrizione del modulo "MD.P02.016.001 Materia soffice: diffusione elastica ed anelastica di neutroni e raggi-x (MD.P02.016.002)"

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  • Descrizione del modulo "MD.P02.016.001 Materia soffice: diffusione elastica ed anelastica di neutroni e raggi-x (MD.P02.016.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Anche in questo settore ha valore quanto è stato menzionato nel punto precedente. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Lo studio della materia soffice implica lo studio della statica e dinamica su scala nanometrica e su una scala temporale da una frazione di ps ad almeno 1 ms. In questo settore, è essenziale l'uso della diffusione anelastica di neutroni e raggi-x. In collaborazione fra le Unità di Perugia e di Grenoble (OGG), si sviluppano strumenti e, per mezzo di essi, si studiano le proprietà dinamiche di vari sistemi disordinati, dai vetri forti, alle molecole biologiche. In collaborazione con istituzioni di altri paesi e con le facilities di Grenoble, ILL, vengono sviluppate due linee: BRISP ed IN13. Tramite varie collaborazioni vengono effettuati esperimenti avanzati usando le più moderne metodologie di scattering di neutroni e raggi-x. Presso l'Unità di Perugia vengono condotte varie ricerche, oltre a quelle presso le grandi infrastrutture, impiegando i laboratori disponibili presso il dipartimento di Fisica e Geologia dell'Università. Impiegando la diffusione Brillouin della luce vengono anche svolti studi delle proprietà magnetiche, sia statiche che dinamiche, di sistemi a bassa dimensionalità, quali film sottili, multistrati e nanostrutture confinate lateralmente. (literal)
Competenze
  • Il personale ricercatore impiegato nella commessa ha adeguate competenze tecniche nello sviluppo di nuova strumentazione e nell'esecuzione ed analisi di esperimenti di scattering di neutroni e raggi-x, sia per ricerca propria che in collaborazione con altri gruppi. In particolare, sono disponibili le capacità per lo sviluppo di componenti innovativi di spettrometri, dai monocromatori, ai collimatori e chopper ed ai rivelatori. La strumentazione gestita dalla commessa rappresenta lo stato dell'arte a livello mondiale e viene costantemente aggiornata con l'acquisizione e lo sviluppo di nuove tecnologie. Le competenze tecniche e scientifiche del personale vengono continuamente aggiornate e migliorate stimolando ogni sviluppo tecnico, in stretta collaborazione con le facility e con i membri delle varie collaborazioni internazionali. Il personale dell'istituto operante nel settore è coinvolto anche nella collaborazione internazionale NMI3 per i rivelatori innovativi per neutroni e nello sviluppo della strumentazione per la European Spallation Source di Lund in collaborazione con JCNS di Juelich in Germania. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Allo stato presente lo studio della dinamica della materia soffice non trova un'applicazione diretta nei processi produttivi anche se si può presumere che qualche applicazione possa essere evidenziata nel prossimo futuro per quanto concerne la materia biologica. La strutturistica della materia biologica è ora una metodologia affermata necessaria allo sviluppo delle applicazioni biomedici di varie molecole, la dinamica associata, sebbene di sicura rilevanza, non trova ancora una correlazione diretta con le possibili applicazioni in biofisica o bio-medicina. Ovviamente, trattandosi di ricerca di base, la sua principale finalità è la produzione di nuove conoscenze indipendentemente dalla loro immediata utilità in qualche settore applicativo. Per contro alcuni risultati degli studi di magnetismo potrebbero trovare delle applicazioni in quanto il nano-magnetismo è alla base delle tecniche di memorizzazione delle informazioni. (literal)
Tecnologie
  • Per la comprensione dei fenomeni legati alla dinamica e struttura dei sistemi disordinati e delle proprietà magnetiche delle superfici è necessario sviluppare modelli teorici e tecniche di simulazione del comportamento dei sistemi nelle varie condizioni di misura. Nella commessa sono state sviluppate, in collaborazione con vari gruppi esterni, metodologie di interpretazione basate ad esempio su dinamica molecolare o su modelli teorici connessi alle interazioni atomiche deducibili da principi primi o da modelli fenomenologici. Nel campo del nano-magnetismo sono disponibili vari metodi di simulazione della distribuzione dei momenti magnetici alla nano scala adeguati per lo studio di micro e nano strutture di supercie. Queste tecniche vengono continuamente adeguate ai vari sistemi che vengono studiati. (literal)
Obiettivi
  • L'obiettivo principale è la ricerca di correlazioni ben definite fra vari aspetti che caratterizzano la dinamica e la struttura dei sistemi disordinati. Questi sistemi appartengono ad una ben definita e vasta categoria di sistemi condensati che condividono alcune specifiche anomalie termodinamiche che suggeriscono come i gradi di libertà realmente disponibili non siano semplicemente correlati con la composizione atomica o con la natura chimica di ogni sistema. Questa universalità di comportamento non trova un'ovvia spiegazione in quanto sembra essere una proprietà emergente di un sistema complesso e quindi da correlare a numerosi aspetti che i vari sistemi hanno in comune. In questa ricerca si darà particolare enfasi al fatto che tutti i sistemi, inevitabilmente, presentano delle fluttuazioni locali e casuali di densità che non trovano analogo in sistemi cristallini e che spesso si associano a variazioni locali di struttura in sistemi che spesso mostrano poli-amorfismo. Nel campo del magnetismo di superficie si intende investigare la struttura a bande delle eccitazioni magnetiche in cristalli magnonici e in sistemi con modulazione periodica delle proprietà magnetiche. (literal)
Stato dell'arte
  • Le grandi infrastrutture di ricerca con neutroni e raggi-x sono presenti in tutti i maggiori paesi del mondo. Oltre il 10% della ricerca nel campo della scienza della materia viene condotta con luce di sincrotrone e neutroni, con un ottimo rapporto prodotto-costo. I maggiori paesi si stanno anche impegnando nello sviluppo di nuove e più avanzate facilities sia di neutroni che raggi-x, con un impegno di miliardi di Euro sia in Europa che negli Stati Uniti e nel Giappone. La comunità italiana ha delle competenze ben riconosciute in campo internazionale e la presenza di un gruppo di ricercatori permanentemente sul sito di Grenoble permette uno scambio efficiente di competenze. Il gruppo che opera nello IOM ha un elevato livello di competenze nel campo della costruzione e gestione di strumenti e nello svolgimento di esperimenti di di dinamica e rilassamento di materia soffice e biologica, ma anche di magnetismo. Presso il dipartimento di Fisica di Perugia è presente una specifica competenza che si basa sulla diffusione anelastica della luce da parte delle onde di spin (magnoni) eccitate sia termicamente che mediante sorgenti esterne (campi a microonde o correnti polarizzate in spin). (literal)
Tecniche di indagine
  • Lo studio dei sistemi disordinati è reso intrinsecamente complesso dall'ampissima scala di tempi su cui si estendono i fenomeni e dall'importanza contemporanea di tutte le scale spaziali. I ricercatori della commessa hanno un'esperienza pluriennale nell'effettuare esperimenti in vari sistemi sia con neutroni che con raggi-x. La strumentazione disponibile, insieme a tecniche di analisi sofisticate che vengono migliorate con il migliorare della strumentazione e con l'ampliarsi delle conoscenze, fa sì che questo sia un gruppo che, a livello mondiale, ha un notevole impatto in questo settore. Come specificato, presso il dipartimento di Fisica e Geologia di Perugia sono disponibili vari laboratori e le attività di ricerca si fondano su strumentazione per diffusione di raggi-x disegnata per misure non standard in vari campi e sulla diffusione Brillouin della luce con metodologie avanzate che aprono ampie possibilità di studi di nano-strutture di superficie. In particolare sono disponibili due spettrometri per micro-Brillouin, una tecnica innovativa che apre importanti prospettivi nella fisica delle superici ma anche nel campo della materia soffice composita. (literal)
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