L'attività scientifica del Settore Materiali copre un'ampia varietà di argomenti nel campo del magnetismo: ricerca di base e modelli fisici, preparazione di materiali, caratterizzazione magnetica e strutturale, applicazioni e attività metrologiche. I risultati maggiormente significativi raggiunti nell'anno 2006 sono di seguito brevemente riassunti.

Sono state preparate leghe metalliche amorfe, nanocristalline e microcristalline mediante la tecnica della rapida solidificazione in atmosfera controllata. In particolare, sono state prodotte e caratterizzate leghe nanogranulari a magnetoresistenza gigante (Cu-Fe-Ni, Cu-Fe, Au-Co, Au-Fe). Sono state studiate inoltre leghe magnetiche a memoria di forma (FePd e nastri sottili a base NiMnGa). Film sottili magnetici sono stati prodotti mediante la tecnica dello sputtering sia in modalità DC che RF. La preparazione di tali sistemi è stata concentrata principalmente su sistemi quali le leghe Fe/Co, a magnetostrizione gigante Fe/Tb e sistemi amorfi quali le leghe CoFeBSi e FeBSi.

Rilassamento della componente longitudinale della magnetizzazione dopo saturazione a un campo magnetico applicato H = -15 kA/m in un film sottile a base FeNbCuSiB. Negli inserti sono riportati esempi di struttura a domini.

I magneti permanenti sono caratterizzati in maniera completa utilizzando metodi sperimentali a circuito magnetico chiuso e aperto. Il metodo del Magnetometro a Campo Impulsato (PFM) è stato sviluppato per studiare magneti extra-duri a base di terre rare. I fenomeni dinamici che sono strettamente connessi all'applicazione di un campo impulsato, quali le fluttuazioni termiche e correnti di eddy, sono stati evidenziati e studiati separatamente in maniera esaustiva mediante il PFM. È stato inoltre sviluppato un nuovo modello da cui è possibile predire la dipendenza dalla frequenza delle perdite di energia magnetiche in ferriti dolci sinterizzate nel campo delle frequenze da DC ai MHz. È basato sulla stima dei contributi dovuti allo spostamento delle pareti di dominio e alle rotazioni della magnetizzazione e ai meccanismi di dissipazione del tipo rilassamento/risonanza ad essi collegati. La dipendenza dalla frequenza delle perdite di energia legate alle pareti di dominio è calcolata dalle perdite quasi-statiche dove i contributi delle rotazioni sono calcolati utilizzando l'equazione di Landau-Lifshitz-Gilbert.

Andamento della polarizzazione magnetica J in campione cilindrico di NdFeB misurato inizialmente con un isteresigrafo a circuito chiuso (T= 100s). Il ciclo di isteresi è quindi ottenuto con un PFM (T= 11ms) e corretto considerandone l'allargamento dovuto alle le correnti di eddy (linea tratteggiata). Linea continua: Correzione ulteriore per il campo magnetico di viscosità ΔH_c.

Curva sperimentale (simboli) della parte reale μ^'(f) ed immaginaria μ^''(f) della permeabilità relativa in una ferrite a spinello descritta (linea continua) aggiungendo i contributi previsti dallo spostamento dei domini magnetici (linea tratteggiata) e da processi di rotazione (linea tratteggiata-punto).

Evoluzione della frequenza di risonanza con il campo magnetico H_a applicato in film nanogranulari Fe-Co-B-Ni aventi spessori differenti. Quadrati, cerchi e triangoli: punti sperimentali; linea continua, tratteggiata e a puntini fit dei dati sperimentali utilizzando la formula di Kittel.

In figura è mostrata la predizione teorica di un ciclo di refrigerazione magnetica nel diagramma s-T calcolato per una sezione di un dispositivo per refrigerazione AMR (Active Magnetic Regenerative) in cui la lega Gd₅Si₂Ge₂ è utilizzata come materiale refrigerante. Il modello è il risultato di una sovrapposizione di unità bistabili caratterizzate da barriere di energia distribuite e da livelli di energia tali da permettere il calcolo dell'efficienza e della potenza della macchina refrigerante. I parametri sono stati calcolati da misure di magnetizzazione in isoterma e le trasformazioni s-T sono state calcolate senza l'utilizzo di parametri aggiuntivi. Linea continua: trasformazioni irreversibili che tengono conto degli effetti dovuti all'isteresi; linea tratteggiata: trasformazioni reversibili legati alla curva anisteretica.

Calcolo di un ciclo di refrigerazione per la lega Gd₅Si₂Ge₂ mediante il modello proposto.

La teoria della risonanza ferromagnetica e delle instabilità dovute alle onde di spin è basata sull'assunzione di piccoli cambiamenti della magnetizzazione intorno al valore di saturazione. Nei nanomagneti tali cambiamenti possono essere significativi, e conseguentemente le condizioni per cui tali moti diventano stabili devono essere determinate. Una teoria analitica delle instabilità dovute ad onde di spin in sistemi a simmetria uniassiale è stata sviluppata insieme a un codice micromagnetico per la simulazione numerica della dinamica di magnetizzazione in dischi ultra-sottili, soggetti a un campo magnetico dc uniforme e ad eccitazioni nel campo delle radiofrequenze. Le simulazioni danno indicazioni sull'insorgenza di un regime quasi-periodico in buon accordo con la teoria analitica.

Simulazioni numeriche di "foldover" e instabilità dovuta ad onde di spin in dischi magnetici ultra-sottili. Quadrati: predizione numerica per magnetizzazione trasversale in funzione del campo magnetico dc. I salti nella curva rappresentano le instabilità dovute al foldover. La regione ombreggiata rappresenta la predizione numerica per una risposta quasi-periodica (nell'inset la dipendenza temporale).

L'archeomagnetismo di ceramiche antiche e rocce naturali è solitamente utilizzato per la datazione. Misure di cicli di isteresi sono state combinate con misure di colore per caratterizzare le proprietà di campioni di creta e di tegole archeologiche allo scopo di valutare le condizioni in cui tali oggetti sono stati prodotti e di distinguere gruppi di oggetti aventi differenti provenienze. Le proprietà di manufatti antichi sono infatti risultate essere dipendenti dal numero e dal volume delle particelle di ossido di ferro e possono pertanto essere classificati come materiali aventi alta (ferrimagneti) o bassa (paramagneti e super-paramagneti) coercività.

Campioni di ossidiana presi dai siti dell'Etna (Italia, Sicilia) e dell'isola di Milos (Grecia).