Gli argomenti di Ricerca di questo Settore sono focalizzati sugli effetti quantistici osservabili in nanodispositivi superconduttori e semiconduttori. L'obbiettivo è di realizzare e studiare nuove tecniche e dispositivi per vari aspetti della scienza delle misure, che spaziano dalla metrologia elettrica più tradizionale al controllo ambientale, alle misure in campo biologico e alla qualità dei cibi.

Le attività sui nanosensori al silicio e sui fondamenti del trasporto elettronico in mesostrutture sono proseguite con l'ulteriore sviluppo dei recenti studi sulle proprietà elettriche del silicio poroso. È stato dimostrato che il silicio nanostrutturato, quando misurato in particolari configurazione di elettrodo (inserto di fig. a), esibisce una gap di conducibilità a temperatura ambiente, ascrivibile a un comportamento di bloccaggio Coulombiano collettivo. Tale comportamento può venire spiegato nell'ambito della teoria del trasporto in array di nanocristalli. Le molecole di NO₂ sono inoltre in grado di ridurre questo gap, (fig. b) e tale effetto può venire utilizzato per progettare sensori a soglia estremamente sensibili (ppb). La realizzazione di Standard per la corrente viene portata avanti mediante Transistor a Singolo Elettrone e Pompe Elettroniche, i cui dimostratori verranno interamente realizzati all'INRIM.

La ricerca indirizzata a ottenere giunzioni ottimizzate per campioni di tensione a schiera di tipo programmabile e in AC è stata indirizzata allo studio dei parametri critici di giunzioni Josephson overdamped di niobio, in vista di un impiego a temperature >4.2 K.

Si è valutata la migliore configurazione degli elettrodi comparando i diversi tipi di giunzioni isteretiche o non-isteretiche. Si sono misurati gradini quantizzati con risoluzione del nV in una giunzione singola a temperature fino a 6.5 K.




Nell'ambito del programma Europeo sulle Special Facilities si è progettato e realizzato, in cooperazione con il PTB, un circuito contenente 1600 giunzioni di niobio di tipo overdamped accoppiate al segnale a microonda tramite una microstriscia e una antenna fin-line.

Meandri di MgB₂ con risoluzione laterale nanometrica sono stati fabbricati mediante litografia a fascio di elettroni (EBL) in vista della loro applicazione come contatori di singolo fotone. La densità di corrente critica delle nanostrutture era di 8×10⁶ A/cm² a 9.5 K prossima alla densità di corrente critica di depairing per il diboruro di magnesio. Il ruolo del disordine nell'MgB₂ è stato investigato (in collaborazione con il Politecnico di Torino) mediante la tecnica del risonatore planare. I risultati sembrano suggerire che i bordi dei grani sono responsabili per il contributo estrinseco del comportamento non-lineare del dispositivo.Sono stati fabbricati sensori di transizione di fase (TES) basati sui film di Ti/Au per evaporazione da fascio elettronico. Test preliminari mostrano che questi sensori hanno risoluzione sufficiente per il conteggio di fotoni tra 800 nm e 200 nm.

Sono stati realizzati array di proteine su Silicio Poroso (PS) mediante irraggiamento con fascio elettronico per la rilevazione simultanea di differenti analiti. L'irradiazione di elettroni modifica il substrato di PS, provocando un desorbimento di idrogeno e lasciando così una superficie localmente reattiva. Il legame biomolecolare si forma incubando la superficie attivata del PS con la soluzione di proteina desiderata. La quantità di di proteina legata può essere facilmente controllata mediante la dose elettronica del fascio, la sua energia ed il tempo di incubazione. Ripetendo il processo in modo seriale, è possibile ottenere un biochip basato su multi-array di proteine.

La forte emissione di luce prodotta da nanocristalli semiconduttori dell'ordine dei nanometri ha favorito un notevole sforzo di ricerca internazionale sulla possibile applicazione di tali marcatori luminescenti nei tessuti biologici. I vantaggi rispetto ai dye convenzionali sono molteplici e includono maggiore stabilità, più larga banda di eccitazione, più stretta banda di emissione, e dipendenza della lunghezza d'onda di emissione unicamente dalla dimensione dei QD e iindipendenza dalla composizione chimica. Grazie al supporto finanziario della Regione Piemonte il gruppo ha iniziato un programma di ricerca su QD in silicio. Sospensioni colloidali di QDs ottenuti per dissoluzione elettrochimica e sonicazione con ultrasuoni del Silico cristallino, hanno mostrato differenti colori di emissione dovuti alla selezione delle taglie in tali materiali.

Sono stati compiuti sforzi per migliorare e ottimizzare il metodo analitico per la determinazione selettiva del contenuto di alcool etilico nei vini basato su microcavità in Silicio Poroso. La struttura ottica, realizzata alternando strati di diversa porosità, viene stabilizzata per mezzo di ossidazione termica ed è stata progettata con un modo della cavità centrato nel visibile (600 nm). La temperatura di lavoro del misuratore di alcool al PS è stata ottimizzata controllando dinamicamente lo spostamento della cavità in presenza di soluzioni di riferimento.Il dispositivo è poi stato collaudato analizzando svariati campioni di vino. La risposta lineare della microcavità (spostamento del modo della cavità) al titolo alcolico dei vini consente di determinare il quantitativo di etanolo nel vino con grande accuratezza ed affidabilità. I valori calcolati differiscono meno dello 0.5% da quelli ottenuti col metodo EC (Regulation n. 128/2004) in accordo coi limiti imposti dalla legislazione Europea.