La Fisica della Materia Condensata rappresenta uno dei campi di ricerca più ampi, dinamici e vitali della fisica moderna. Sua caratteristica fondamentale è la interdisciplinarietà: competenze diverse si completano e producono decisive e fruttuose sovrapposizioni con la Scienza dei Materiali, le Nanotecnologie, la Chimica, l’Ingegneria, la Biologia e la Medicina.
La Fisica della Materia rappresenta da sempre un volano tra la ricerca di base e lo sviluppo tecnologico. Alcuni dei suoi recenti e più significativi sviluppi teorici e sperimentali, impensabili fino a qualche decennio fa, sono stati convertiti rapidamente in applicazioni pratiche rivoluzionando la vita quotidiana della nostra civiltà moderna: dal transistor, ai laser, dalla superconduttività, ai LED, solo per citarne alcuni. In questo panorama la crescita controllata a livello atomico di cristalli ed etero-strutture per la realizzazione di circuiti integrati alla base dell’elettronica veloce, il grafene e i nuovi materiali bidimensionali (2D), lo sviluppo di leghe per lo sviluppo di tecnologie a ridotto impatto energetico e gli isolanti topologici sono oggetto di ricerca sperimentale nel nostro Dipartimento.

Settore Tematico (Concorsuale): 02/B1

Superfici, Sistemi bidimensionali, Nuovi
Materiali

• Tematiche Aperte: Studio delle proprietà strutturali, elettroniche ed ottiche di superfici, materiali bidimensionali (2D), e nuovi materiali per applicazioni in elettronica, optoelettronica e data storage. Investigazione della relazione di queste proprietà con la crescita e la morfologia dei materiali. Ricerca, progettazione e realizzazione di nuovi materiali bi-dimensionali finora previsti su base teorica.
• Attività Recenti: Crescita e studio delle proprietà ottiche, elettroniche e strutturali di sistemi 2D del IV gruppo (grafene, silicene), monocalcogenuri, isolanti topologici, materiali a cambiamento di fase (leghe Ge-Sb-Te), leghe Ge-Si, superfici di ossidi metallici ed isolanti in vuoto e in liquido. Crescita MBE di leghe di semiconduttori III-V con Bi per applicazioni in optoelettronica. Studio delle proprietà ottiche e strutturali di strati ultrasottili di molecole organiche in liquido.
• Sviluppi Futuri Applicazioni in dispositivi elettronici, optoelettronici e memorie non volatili. Ricerca di nuovi materiali 2D e materiali ordinati. Crescita epitassiale di materiali a cambiamento di fase per applicazioni neuromorfiche.

Nanomateriali e loro applicazioni

• Tematiche Aperte: Relazione tra la bassa dimensionalità dei materiali e le loro inusuali proprietà meccaniche, elettroniche, ottiche ed optoelettroniche. Studio di nuovi materiali nanostrutturati. Realizzazione di film funzionalizzati di molecole organiche per applicazioni nell’elettrochimica, nella sensoristica e nella catalisi.
  • Attività Recenti: crescita (MBE o CVD) e caratterizzazione di nanostrutture (0D, 1D e 2D) di semiconduttori del gruppo IV e III-V. Interazione tra superfici e molecole organiche. Nanotubi di carbonio (CNT). Applicazioni in fotorivelatori.
  • Sviluppi Futuri: Studio del processo di nucleazione e crescita delle nanostrutture. Produzione di film funzionalizzati per applicazioni in sensoristica.

Superconduttività

• Tematiche Aperte: Transizione di fase BEC (Bose Einstein Condensation)
  topologiche in reticoli di giunzioni Josephson. Coerenza quantistica macroscopica nell’effetto Josephson. Elementi di computazione superconduttivi a bassa dissipazione. Rivelatori di radiazione e particelle ionizzanti che facciano uso di sistemi integrati superconduttori e semiconduttori.
  • Attività recenti: Realizzazione di array planari di giunzioni Josephson a forma di grafi: stelle e pettini. Realizzazione di circuiti integrati basati su nSQUID ed eRSFQ, circuiti superconduttori a bassissimo consumo di energia ed operanti a frequenze molto superiori rispetto ai classici sistemi in silicio CMOS. Fabbricazione di microstrisce a film superconduttivo per la rivelazione di neutroni termici, ad alta risoluzione spaziale. Studio delle proprietà ottiche di fibre di nanotubi di carbonio.
  • Sviluppi Futuri:Progettazione e realizzazione di geometrie planari generali per il consolidamento dei risultati ottenuti nella fisica dei fenomeni di condensazione di Bose-Einstein. Interfacciamento di logiche superconduttive con memorie a fili quantici per formare unità di aritmetica logica. Applicazione delle microsctrisce superconduttive alla realizzazione di rivelatori di neutroni termici multipixel. Caratterizzazione in temperatura di materiali semiconduttori e superconduttori. Realizzazione di arrays integrati Josephson per applicazioni in metrologia quantistica.

Materiali bio-compatibili e per la tutela
dell'ambiente

• Tematiche Aperte: Studio e progettazione di materiali innovativi, di superfici funzionalizzate e di nanostrutture per applicazioni nella medicina e per il migliore utilizzo delle risorse naturali. Proprietà strutturali, dinamiche e meccanismi di aggregazione di proteine in interazione con polifenoli studiati
  con spettroscopia neutronica, infrarossa e fluorescenza dinamica.
  • Attività Recenti: studio della capacità dei nanotubi di carbonio di prevenire l’ossidazione dell’acciaio. Reti tridimensionali di CNT e nanofibre di carbonio per supportare la connettività neuronale e per la depurazione dell’acqua. Strati organici di corroli in liquido per la disinfezione dell’acqua. Proprietà di assorbimento dell'H da parte di membrane permeabili per le energie rinnovabili.
  • Sviluppi Futuri: Produzione di film organici funzionalizzati per applicazioni in elettrochimica e per effetti catalitici (depurazione dell’acqua, celle  a combustibile). Sistemi biologici-modello e loro interazioni con l'ambiente.