Descrizione del modulo "Materiali e dispositivi innovativi per l'elettronica la spintronica e l'energetica (MD.P04.026.001)"

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  • Descrizione del modulo "Materiali e dispositivi innovativi per l'elettronica la spintronica e l'energetica (MD.P04.026.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • la ricerca su nuovi materiali per applicazioni in elettronica e energetica può avere importatni influenze sulla vita di tutti i giorni migliorando le prestazioni di dispositivi elettronici e l'efficienza di produzione di energia da fonti rinnovabili. (literal)
Tematiche di ricerca
  • I metalli di transizione e i loro composti (ossidi, calcogenuri,...) offrono un ampissimo spettro di proprietà fisiche influenzabili e controllabili da parametri esterni. Il modulo studia questi materiali, ne progetta le proprietà controllandone doping, forma e dimensionalità e ne cerca possibili applicazioni nei campi dell'elettronica (incluse sviluppi quali la spintronica e l'optoelettronica) e l'energetica. In particolare le aree tematiche coperte dal modulo sono: A1) Sintesi e studio delle proprietà di ossidi e calcogenuri di metalli di transizione di interesse applicativo. A2) Studio dei fenomeni di interfaccia in eterostrutture costituite da materiali funzionali. A3) Dispositivi innovativi per applicazioni in elettronica, spintronica, sensoristica ed energetica: - transistor ad effetto di campo - valvole di spin - transistor di spin - dispositivi microelettromeccanici - sensori - bolometri - celle solari e fotovoltaiche (inorganiche e ibride) - dispositivi termoelettrici - microSOFC (micro-solid oxide fuel cells) A4) Realizzazione e studio di materiali nanostrutturati dotati di proprieta' controllabili artificialmente mediante l'ottimizzazione della morfologia alla nanoscala (literal)
Competenze
  • - Competenze nella sintesi di materiali funzionali in varia forma e dimensione: bulk, policristalli, nano polveri nanofili e, principalmente film sottili. Questi ultimi saranno preparati attraverso tecniche di deposizione quali ablazione laser pulsata, sputtering, o ink-jet printing. - caratterizzazione delle proprietà di trasporto elettrico, ionico, termico e termoelettrico - caratterizzazione delle proprietà magnetiche attraverso misure di suscettività e di magnetizzazione. - caratterizzazione spettroscopica tramite tecniche locali basate sull'utilizzo microscopi a scansione AFM/STM/STS anche a bassa temperatura, o utilizzando tecniche ottiche. - Competenze su fenomeni di auto-organizzazione durante epitassia o bombardamento ionico. - Capacità di modellizzazione delle proprietà magnetiche (anisotropia magnetica, superparamagnetismo, exchange bias) ed ottiche (risonanze plasmoniche ed effetti di campo vicino) in nanostrutture. - Competenze nella realizzazone di dispositivi elettronici e microelettromeccanici tramite litografia ottica e nanolitografia AFM/SPM (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L'attività di ricerca ha carattere prettamente fondamentale. Tuttavia importanti sviluppi applicativi possono esserci per tutte le tematiche di ricerca sviluppate nel modulo. - nanoparticelle di TiO2 ed eterostrutture calcogenuri di metalli di transizione possono avere applicazioni in campo fotovoltaico, il TiO2 anche fotocatalitico e antibatterico. - nanoparticelle di manganiti possono essere dei catodi per fuel cells - film sottili o nanotubi di manganiti possono agire come sorgenti o iniettori di elettroni fortemente polarizzati in spin. E' possibile in tal caso il loro utilizzo come sensori, come immagazzinatori di dati in memorie magnetiche e in combinazione con nanotubi di carbonio. - eterostrutture di ossidi dei metalli di transizione hanno proprietà elettriche e termoelettriche estremamente interessanti per lo sviluppo i componenti elettronici o moduli termoelettrici. - nanostrutture autoassemblate di materiali magnetici hanno applicazione nello sviluppo di memorie e la comprensione di fenomeni ottici e magnetici in nanostrutture con dimensioni caratteristiche inferiori a quelle attualmente realizzabili può evidenziare eventuali ostacoli al processo di miniaturizzazione. (literal)
Tecnologie
  • - sintesi di nanoparticelle di varia forma e dimensione - deposizione di eterostrutture in cui si accoppiano varie proprietà funzionali dei composti dei metalli di transizione - autoassemblamento di nanoparticelle di metalli magnetici (literal)
Obiettivi
  • - Sintesi e caratterizzazione di materiali innovativi di interesse in elettronica, spintronica e energetica. - Studio dell'influenza della riduzione in taglia e della nanostrutturazione sulle proprietà elettriche, termoelettriche, ottiche e magnetiche di eterostrutture cresciute per ablazione laser o nanostrutture realizzate tramite auto-organizzazione. - controllo delle proprietà dei materiali tramite doping, nanostrutturazione, campi elettrici o magnetici, radiazione, o deformazione meccanica; - realizzazione e studio di eterostrutture conduttrici a base di ossidi e/o calcogenuri semiconduttori per applicazioni in elettronica e nel fotovoltaico (es. ZnO/ZnMgO,STO/LAO e CIGS/CdS/ZnO); - Studio di materiali nanostrutturati e tecniche di sintesi e deposizione per la realizzazione di celle fotovoltaiche o sistemi fotocatalitici. - realizzazione e studio di eterostrutture per applicazioni in spintronica (es. LSMO/Cu2O, STO/LAO/LSMO); - studio delle proprietà termoelettriche di composti nano-strutturati ed eterostrutture a base di ossidi - realizzazione di micro fuel cells a film sottile - realizzazione di dispositivi MEMS per applicazioni in bolometria e sensoristica (literal)
Stato dell'arte
  • I composti inorganici dei metalli di transizione posseggono un ampissimo spettro di proprietà fisiche la cui comprensione costituisce attualmente una delle sfide più interessanti della fisica della materia. Inoltre, le proprietà fisiche di composti dei metalli di transizione sono facilmente modificabili agendo su parametri strutturali, morfologici o chimici (doping, nano-struttura, dimensioni) o sottoponendo il materiale a stimoli esterni quali campi elettrici, campi magnetici, radiazione, o deformazione meccanica. Attraverso sostituzioni chimiche o la realizzazione di eterostrutture artificiali o la nanostrutturazione è quindi possibile ingegnerizzare le proprietà di questi materiali per impiegarli in elettronica energetica e optoelettronica. Di particolare rilievo in questo senso è la riduzione a scala nanometrica di questi composti (film sottili, nanoparticelle, nanofili, etc). Le attuali tecniche litografiche consentono risoluzioni dell'ordine di 30 nm. Seppur con vincoli più stringenti sulla geometria delle nanostrutture ottenute, i processi di auto-organizzazione o di crescita consentono di ottenere nanostrutture con lunghezze caratteristiche dell'ordine di 10 nm. (literal)
Tecniche di indagine
  • - Le proprietà delle nanostrutture prodotte sono determinate con le seguenti tecniche: microscopia AFM per lo studio della morfologia, magnetometria MOKE per lo studio delle proprietà magnetiche, spettro-ellissometria ad angolo d'incidenza variabile per lo studio delle proprietà ottiche. - lo studio degli effetti del doping, della nanostrutturazione e dello strain si avvale di tecniche di crescita unite a tecniche di caratterzzazione. tra le prime: - sintesi da stato solido, deposizione per ablazione laser pulsata, sputtering, e ink-jet printing. tra le seconde - misure di trasporto elettrico, ionico, termico e termoelettrico a bassa temperatura e in campo magnetico - misure di suscettività e di magnetizzazione. - tecniche di indagine spettroscopica e morfologica avanzate mediante microscopia a scansione di sonda (microscopia e spettroscopia ad effetto tunnel, Kelvin probe microscopy, Piezoforce Microscopy, Lateral Force Microscopy). o utilizzando tecniche ottiche lo sviluppo di micro e nanodispositivi si avvale di tecniche di litografia ottica e nanolitografia AFM/SPM. (literal)
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