Attività di ricerca


SDS

Sensori, dispositivi e strumentazione innovativa

LD2

Sistemi a bassa densità e bassa dimensionalità

FLASH

Processi ultraveloci nei materiali

MATFUN

Modellizzazione, sintesi e caratterizzazione di materiali funzionali con proprietà magnetiche, elettriche e ottiche

BIOTEC

Processi biologici, materiali e tecnologie diagnostiche per le scienze della vita

 

SDS

Le tematiche scientifiche di ISM in questa area sono coerenti con diverse problematiche scientifiche nei settori dell’energia, salute, agrifood, areospazio, sicurezza presenti nel PNR 2014-2020 ed in H2020. Esse vogliono rappresentare un contributo al mondo scientifico e industriale internazionale, perseguite secondo principi di condivisione e partecipazione agli obiettivi globali. Alcuni di questi temi di ricerca presentano un’ unicità all’interno del CNR e, nello specifico, all’interno del DSFTM, e dunque rappresentano elementi distintivi per l’ISM.

Gli argomenti sono:

  1. Sensori nanomeccanici
  2. Dispositivi e sensori per alta temperatura e ambienti ostili
  3. Dispositivi elettronici e fotovoltaici organico/inorganico
  4. Sensori basati su nanoparticelle
  5. Strumentazione innovativa e nuove metodologie

In questo settore specifico, ISM può garantire un valore aggiunto con la funzionalizzazione delle superfici, la modellizzazione teorica, le caratterizzazioni morfologico-strutturali (anche di interfaccia), elettroniche, ottiche e magnetiche, e le tecniche per la realizzazione del dispositivo prototipale. La strategia perseguita, comune a tutte le tematiche elencate , mira a favorire il completamento di una “filiera” all’interno dell’istituto ISM, dove per filiera si intende l’insieme di competenze e strumentazioni capaci di completare un percorso di R&D che va dalla preparazione dei materiali/strutture alla loro caratterizzazione, ed infine all’applicazione per la dimostrazione di un proof-of-concept.

Contenuti scientifici e tecnologici


 

LD2

Le attività di ricerca di questa macroarea riguardano lo studio di sistemi isolati, sistemi a bassa dimensionalità, superfici ed interfacce a livello strutturale, spettroscopico e dinamico. Lo studio della dinamica di processi elementari in atomi, molecole, clusters e di ioni multiplamente carichi ha l’obiettivo di fornire informazioni sulla struttura elettronica, la reattività ed il comportamento chimico-fisico di sistemi campione utilizzati in diverse aree della ricerca di base e applicata. I materiali a bassa dimensionalità oggetto di studio sono nanostruttture, superfici funzionalizzate e film sottili. Tali materiali sono ottenuti tramite epitassia da fasci atomici/molecolari, autoassemblaggio di molecole su superfici e reazioni chimiche di superficie. Esempi sono le attività di ricerca nei settori delle proprietà magnetiche ed elettroniche di atomi e molecole su superfici, cluster, nanofili e nanoreticoli magnetici. Di particolare rilievo è lo studio dei fenomeni quantistici che emergono nei materiali 2D, quali il grafene e beyond-graphene, e nel confinamento elettronico in film ultrasottili. Per svolgere questa attività si utilizzano tecniche di microscopia e varie spettroscopie elettroniche, ioniche ed ottiche mediante sorgenti di laboratorio e facility nazionali ed internazionali di luce di sincrotrone e radiazione FEL. Queste indagini sono sostenute da analisi teorico/computazionali per lo studio quantistico dei processi chimici.

Contenuti scientifici e tecnologici


 

FLASH

L’attività “Processi Ultraveloci nei Materiali” intende coprire, dal punto di vista sia teorico che sperimentale, un’ampia area della fisica della materia e della scienza dei materiali. Attraverso l’interpretazione di fenomeni transienti indotti da campi elettromagnetici deboli o forti è possibile ottimizzare e trovare soluzioni innovative per la preparazione di sistemi inorganici, organici ed ibridi nanostrutturati per potenziali applicazioni nel campo della sensoristica, della dispositivistica magnetica, dell’optoelettronica e dell’elettronica flessibile. La disponibilità di codici computazionali in corso di sviluppo come il codice Yambo o ETSF (European Theoretical Spectroscopy Facility), teoria a più corpi, TD-DFT, e metodi di non equilibrio ab-initio costruiti per mezzo delle funzioni di Green, che rappresentano una nuova frontiera della simulazione atomistica, permette la comprensione dettagliata di processi di eccitazione elettronica, di spettroscopia ottica e di spettroscopie risolte in tempo. Le tre sorgenti laser ultraveloci dell’Istituto (FemtoLab – Potenza, EFSL – Tor Vergata, Gas Phase Laser – Trieste) consentono poi, da una parte, di preparare, depositare e trattare superficialmente in forma nanostrutturata i materiali di interesse e, dall’altra, di determinarne le proprietà spettroscopiche con alta risoluzione temporale con tecniche come l’assorbimento transiente (Pump & Probe) e la fluorescenza. Altre tecniche sperimentali ad alta risoluzione permettono di completare le informazioni sperimentali utili alla determinazione delle proprietà dei materiali quali le relazioni esistenti tra la loro struttura elettronica ed atomica, il loro comportamento collettivo e dinamico alle interfacce così da sviluppare e controllare, sulla nanoscala, i processi che ne determinano le proprietà e quindi le loro applicazioni. L’accesso privilegiato al sincrotrone Elettra permette, inoltre, di esplorare tali fenomeni sfruttando la sensibilità chimica intrinseca della radiazione X.

Contenuti scientifici e tecnologici


MATFUN

L’ISM possiede competenze nel modelling di nuovi materiali, nella produzione di materiali innovativi via sintesi chimica (nuove molecole funzionali, nanoparticelle) e tecniche fisiche (film, multilayers, nanostrutture via Laser fs etc), nella caratterizzazione sia delle proprietà strutturali, morfologiche e microstrutturali (neutroni, XRD, Spettroscopie di Raggi X in Dispersione di Energia – EDXD/EDXR, composizione chimica) che delle proprietà chimiche e fisiche (magnetiche, di trasporto, ottiche, plasmoniche).

Le principali tematiche coinvolgono lo studio di materiali organici, ibridi e nanostrutturati, materiali magnetici nanostrutturati, liquidi ionici, materiali per l’assorbimento ed il riuso della CO2 atmosferica e il modelling di semiconduttori organici e metallorganici, materiali 2D, Semiconduttori, difetti in materiali semiconduttori e materiali magnetici.

Contenuti scientifici e tecnologici


 

BIOTEC

L’attività scientifica riguarda lo studio sulla scala nanometrica di biosistemi e la caratterizzazione delle loro interazioni con materiali nanostrutturati e substrati biocompatibili:

  • Sensing cellulare di substrati e di stimoli ambientali. Sua trasduzione per via chimica e meccanica in risposte metaboliche cellulari
  • Induzione di alterazioni morfologiche,metaboliche o biochimiche cellulari da parte di nanomateriali e stress ambientali
  • Metodi innovativi con sensori nano-meccanici per la misura della motilità cellulare su nanoscala. Correlazione con lo stress (farmacologico, patologico o invecchiamento) e lo stato di salute del biosistema
  • Diagnosi precoce di tumori mediante studio di tessuti di biopsia con SNOM e radiazione infrarossa per osservare le differenze a livello chimico tra cellule normali e tumorali
  • Raman micro-imaging per lo studio biochimico dei tumori e la diagnostica di tessuti e cellule
  • Realizzazione/caratterizzazione di nanoparticelle di oro e argento di varie dimensioni e forma per uso nei processi di ipertermia per il killing dei tumori e funzionalizzazione delle stesse per drug-delivery specifici
  • Caratterizzazione strutturale, elettronica e ottica di nanostrutture di carbonio e loro interazione con cellule biologiche
  • Realizzazione/caratterizzazione di rivestimenti nanostrutturati innovativi, per applicazioni su metalli nelle protesi ortopediche
  • Design, caratterizzazione e applicazione dei materiali per tissue engineering, quali cementi biomedici per le fratture ossee e vertebroplastia e coatings per le protesi ortopediche e dentarie
  • Studi di biomolecole complesse in fase gassosa, caratterizzazione teorico-sperimentale delle proprietà elettroniche e dei canali di frammentazione
  • Studio dell’interazione di radiazione/sistemi biologici semplici: radiation damage e meccanismi di funzionamento di radiosensibilizzatori per applicazioni in radioterapia
  • Deposizione attraverso soft landing di biomolecole per biosensori

Contenuti scientifici e tecnologici