Fisica dei sistemi disordinati
Le attività di ricerca nell’ambito della Fisica dei sistemi disordinati sono sia sperimentali che teoriche, e tutte con l’obiettivo di approfondire la connessione tra proprietà macroscopiche (termodinamiche, ottiche, di trasporto) e proprietà microscopiche (struttura e dinamica su scala atomica). Questo approccio è funzionale all’individuazione e poi alla realizzazione di materiali con un disordine strutturale ottimizzato per applicazioni tipiche della moderna Scienza dei Materiali.
Staff
Professoresse e Professori di I fascia:Giulio Monaco
Professoresse e Professori di II fascia: Marco Bazzan, Andrea Sanson, Paolo Umari
Ricercatrici e Ricercatori: Valeria Milotti, Peihao Sun
Personale tecnico: Daniele Lideo, Hanna Skliarova
Assegniste/i e Borsiste/i
Francesco Dallari, Elham Moharramzadeh Goliaei
Dottorande/i
Jacopo Baglioni, Lara Piemontese, Muhammad Umair
Attività di ricerca
Fisica dei liquidi, dei vetri e della materia soffice
Molte proprietà macroscopiche di ovvio interesse per materiali caratterizzati da disordine strutturale (per esempio proprietà termodinamiche, coefficienti di trasporto, moduli elastici) non sono ancora descrivibili in modo accurato utilizzando un approccio microscopico, come è invece in generale possibile per i materiali cristallini. Questa linea di ricerca è dunque dedicata a colmare questo gap, e l’approccio utilizzato è essenzialmente sperimentale.
I materiali di interesse sono preparati tramite raffreddamento da fuso ma anche usando tecniche di sputtering; vengono poi caratterizzati con tecniche di laboratorio (calorimetria, reologia, diffusione di luce, assorbimento) ma anche con tecniche basate su raggi X e che danno dunque accesso ad informazioni sulla struttura e dinamica a livello atomico (diffusione elastica ed anelastica di raggi X, correlazione di fotoni X, assorbimento X, interferometria nel dominio del tempo di raggi gamma, …). Questi ultimi esperimenti vengono realizzati presso laboratori internazionali di luce di sincrotrone e laser ad elettroni liberi.
Le applicazioni di questi studi sono nell’ambito della moderna Scienza dei Materiali e spaziano, per esempio, dalla realizzazione di vetri con duttilità controllabile per applicazioni in ambito meccanico, all’ottimizzazione di materiali a cambiamento di fase con tempi di trasformazione vetro-cristallo adatti per applicazioni come memorie non-volatili, e alla realizzazione di qubits superconduttori con coerenza sufficiente per applicazioni in computer quantistici.
Contatti: Giulio Monaco,
Sito web: https://disorderedsystems.dfa.unipd.it/
Coating per interferometria gravitazionale
I moderni interferometri gravitazionali sono tra gli strumenti di misura più sensibili mai realizzati dall’uomo, con la capacità di rilevare variazioni di lunghezza dell’ordine di una parte su 1021. Per ottenere queste incredibili sensibilità, ogni parte degli interferometri deve essere realizzata in modo da minimizzare il rumore sperimentale. In particolare, le superfici degli specchi dell’interferometro richiedono materiali ottici amorfi dotati di proprietà di dissipazione ottica e meccanica estremamente basse. La ricerca di nuovi materiali sempre migliori si traduce in un incremento delle performance degli interferometri gravitazionali e, con esse, della nostra capacità di esplorare l’Universo.
La nostra attività sperimentale consiste nello studio di vetri innovativi per i ricoprimenti degli specchi degli interferometri eisistenti (LIGO, Virgo) e di nuova generazione (Einstein Telescope), mettendo la fisica dei materiali al servizio dell’astrofisica. Il nostro studio mira a comprendere i meccanismi microscopici che determinano le proprietà dei materiali di interesse per le applicazioni in interferometria gravitazionale. L’attività comprende attività sperimentali di produzione dei campioni nel nuovissimo laboratorio CoMET e il loro studio con tecniche di analisi disponibili presso il DFA e i vicini laboratori di Legnaro dell’INFN, oltre a una parte di modellizzazione teorica con tecniche ab initio.
Contatti: Marco Bazzan, Paolo Umari
Studio del disordine locale
Il disordine locale, inteso come disordine strutturale a corto raggio, gioca un ruolo importante nella comprensione delle proprietà fisiche dei materiali. Questo disordine può influenzare significativamente varie proprietà dei materiali, come il comportamento meccanico, termico ed elettrico, nonché le transizioni di fase e le proprietà ottiche. Comprendere la natura e il comportamento del disordine locale è cruciale per adattare le proprietà dei materiali a specifiche applicazioni e per lo sviluppo di materiali funzionali avanzati. Una delle nostre principali aree di ricerca è lo studio del disordine locale nell’intorno di specifici atomi utilizzando, in particolare, la spettroscopia di assorbimento X (XAFS). Questa tecnica richiede raggi X con elevatissima brillanza, disponibili presso laboratori internazionali di luce sincrotrone, come lo European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble o il vicino ELETTRA Synchrotron Laboratory di Trieste. I materiali investigati comprendono sia materiali amorfi, come i vetri metallici, sia materiali cristallini con un significativo disordine locale, tra cui i materiali multiferroici e i materiali ferroelettrici di tipo relaxor.
Contatti: Andrea Sanson
Utilizzo del plasma a pressione atmosferica per nano e microstrutture
Un plasma a temperatura ambiente e pressione atmosferica fornisce un ambiente unico ricco di ioni, elettroni, campi elettrici e radicali. I nostri sforzi di ricerca si concentrano sullo sfruttamento di questi componenti per dirigere la crescita di nano e microstrutture, sia sulle superfici che in liquido.
Questa tematica di ricerca nasce dallo sviluppo di un sistema innovativo e senza precedenti a livello internazionale che utilizza alimentatori a doppia frequenza. Mentre la propagazione del plasma a pressione atmosferica è tipicamente instabile, la soluzione da noi ideata consente un controllo preciso sulla propagazione, sulla generazione di specie chimiche e sull’interazione del plasma con le superfici.
Queste caratteristiche distintive offrono la possibilità di sintetizzare materiali sia organici che inorganici, anche su substrati termicamente sensibili. Inoltre, facilitano il controllo sull’orientamento e sull’aggregazione, con applicazioni che vanno dal controllo dell’allineamento di materiali 1D o 2D all’interno degli idrogel all’influenza sull’aggregazione di macromolecole come i peptidi. Queste applicazioni abbracciano diversi campi, tra cui la purificazione dell’acqua, la sintesi dell’idrogeno, l’ingegneria dei tessuti e la somministrazione di farmaci.
La nostra ricerca riguarda diverse aree chiave:
> Studio dell'aggregazione controllata di macromolecole.
> Sintesi di materiali con diverso grado di ordine/disordine.
> Esplorazione di trattamenti superficiali per modificare le proprietà chimiche e morfologiche
Contatti: Alessandro Patelli
