Principali attività svolte:

Campione di tensione a effetto Josephson
Sono state effettuate le riproduzioni dell'unità di tensione tramite effetto Josephson con la periodicità stabilita sulla base delle specifiche di incertezza definite nelle CMC e delle esigenze di disseminazione. E' stata condotta l'attività di mantenimento dei campioni Zener e di taratura a intervalli regolari dei campioni inviati dai laboratori secondari. Sono state effettuate misurazioni per la determinazione delle correzioni per la non linearità di multimetri di alto livello. E' stato realizzato uno scanner a bassissime forze termo-elettromotrici per la gestione del campione nazionale.

Dispositivi di nuovo tipo per applicazioni alle misure
Lo studio dei parametri e della configurazione ottimale degli elettrodi di giunzioni Superconduttore-Isolante-Superconduttore (SIS) sovra-smorzate ha portato a una riduzione da 100 nm a 30 nm dello spessore del film di alluminio, ad una diversa modellizzazione del meccanismo di smorzamento con stima del parametro di smorzamento, e a esperimenti mirati ad un impiego dei dispositivi a temperature superiori a 4.2 K. Si è messo a punto il processo di fabbricazione relativo a un prototipo di schiera a 1600 giunzioni, realizzando la parte di circuito per la continua. Si è avviata una collaborazione con l'Università della Savoia per realizzare circuiti Rapid Single Flux Quantum (RSFQ) con le giunzioni menzionate.

Rivelatori
La caratterizzazione di rivelatori a MgB₂ (in collaborazione con il programma O4) ha permesso di determinare i parametri fondamentali del dispositivo bolometrico dai quali partire per disegnare un più efficiente rivelatore. Per quanto riguarda i Transition Edge Sensor (TES) per il conteggio di singolo fotone, la causa determinante dell'instabilità ai cicli termici è stata individuata nel wiring . Il wiring di Nb attualmente utilizzato sarà sostituito da un wiring di Al che mostra una maggiore stabilità termica. Sono stati realizzate strutture di MgB₂ su membrane di nitruro di silicio per lo studio dell'effetto del campo elettrico su film di MgB₂. Nanomeandri di MgB₂ inclusi in una guida d'onda co-planare sono stati caratterizzati con un laser al femtosecondo in collaborazione con il DLR di Berlino.

Principali attività svolte:

• Miglioramento della riferibilità per resistenze di alto valore (rete Hamon 10 MΩ - 1 GΩ e progetto rete 1 GΩ - 100 GΩ).
• Misura di piccole correnti continue (>100 pA) e confronto con il metodo a carica di capacità.
• Caratterizzazione del campione di resistenza da 1 GΩ come campione viaggiatore.
• Caratterizzazione e messa in servizio del nuovo ponte DCC MI6010Q.
• Rimessa in servizio del laboratorio criomagnetico.
• Prove su CCC con sistema di generazione digitale controllato da PC delle correnti di misura.

• Sviluppo della nuova catena di riferibilità del farad a partire dall'ohm: caratterizzazione di un ponte in quadratura basato su generatori a sintesi digitale diretta e realizzazione di un ponte a trasformatore in rapporto 8:1, primi esperimenti di realizzazione della catena.
• Progresso nell'attività di riqualificazione del campione nazionale di resistenza in alternata con l'acquisizione dei campioni primari (resistori calcolabili).
• Sviluppo di un sistema di caratterizzazione di dispositivi a semiconduttore per spettroscopia di impedenza e caratterizzazione di dispositivi in SiGe.

• Prime misure di bassi valori di conducibilità elettrolitica a bassa frequenza con sistema di misura in flusso.
• Studio della stabilità e omogeneità di soluzioni di riferimento con varia conducibilità per la definizione della durata delle soluzioni all'interno dell'incertezza dichiarata.
• Studio di fattibilità del progetto Magnetocinetica (localizzazione geometrica di protesi tramite misure elettriche).
• Sperimentazione della cella elettrolitica a matrice di elettrodi in diverse configurazioni e confronto con simulazioni numeriche (collaborazione con programma E4).

• Studio del rumore in sistemi elettrici passivi fuori dall'equilibrio termodinamico per la verifica sperimentale del Teorema di Fluttuazione sul calore scambiato.
• Sviluppo di un sistema di termometria primaria a rumore Johnson.

Risultati conseguiti:

• Riproduzione annuale dell'unità di resistenza elettrica a partire dall'effetto Hall quantistico, suo trasferimento alla scala e ai campioni di lavoro, sua disseminazione interna ed esterna.
• Messa in servizio del nuovo ponte MI6010Q.

• Primo esperimento completo di realizzazione del farad dall'ohm, e confronto con il campione mantenuto, con la nuova catena di ponti digitali. Attuale livello di incertezza 2·10^-6.
• Realizzazione di ponte a 2 e 4 porte R-R a sintesi digitale diretta.

• Partecipazione a confronto Euromet 918 (salinità).
• Realizzazione di cella per misure in flusso.
• Approvazione del progetto iMERA Plus TRACEBIOACTIVITY finanziato per il 2008-10.

• Validazione del campione di piccole correnti continue e dichiarazione delle CMC per correnti nel dominio 10 fA - 100 pA.
• Prima versione del termometro a rumore Johnson e esperimenti preliminari con incertezza di alcune parti in 10⁴.

• Audit del laboratorio della conducibilità elettrolitica.
• Procedura tecnica di misura di piccole correnti continue (10 fA - 100 pA).

Principali attività svolte:

• Rinnovamento del campione di trasferimento da alternata a continua di tensione e di corrente con l'uso di convertitori a multigiunzione e nuovi tipi di resistori addizionali e derivatori.
• Sviluppo di metodi per la compensazione del carico, per la generazione mediante divisore induttivo di segnali tarati a livello del millivolt, per frequenze fino a 1 MHz.
• Progettazione di derivatori per il campione di trasferimento, con funzione di trasferimento piatta in frequenza.
• Costruzione di una unità per la determinazione del valore efficace di una tensione, utilizzabile per impieghi generali nel campo delle misure in alternata.

Potenza elettrica
Si è proceduto al consolidamento del campione primario e al suo stretto collegamento ai campioni nazionali, e si è avviata una prima indagine per la costruzione di un sistema per la misura dei parametri di power quality.

Sistema di taratura di campioni e strumenti programmabili
E' stato sviluppato e reso operativo un programma di elaborazione dei dati di misura per la taratura, in tensione continua, dei calibratori multifunzione utilizzando il divisore resistivo automatico costruito negli anni precedenti.

Metrologia elettromagnetica in alta frequenza
L'attività ha riguardato soprattutto il miglioramento e l'estensione del campione di potenza elettromagnetica, con interventi progressivi sia sulla parte strumentale che su quella modellistica. Oltre i 10 MHz la tecnica del microcalorimetro classico a doppia linea di alimentazione si conferma senza alternative, mentre per frequenze inferiori è necessario utilizzare convertitori da alternata a continua. Il nuovo microcalorimetro coassiale è stato equipaggiato con linee di trasmissione più efficienti, onde migliorare l'isolamento del sistema ed eventualmente estendere le capacità di misura fino a 50 GHz. Diversi modelli matematici del microcalorimetro coassiale sono stati introdotti e comparati al fine di individuare il modello di correzione più efficace, da adottare in un futuro confronto internazionale. Il sistema che realizza il campione di potenza mediante misure di tensione con convertitore alternata-continua di specifica progettazione INRIM è stato infine collaudato.

Determinazione di costanti fondamentali
E' stato realizzato un prototipo di sistema a pendolo per la determinazione del kilogrammo e la misura della costante di Planck a partire da misure di grandezze elettriche e cinematiche. Per la costante di Faraday sono state effettuate misure di dissoluzione di argento utilizzando celle con diversa configurazione. In base all'analisi dei risultati è stata avviata la realizzazione di una nuova cella elettrochimica ottimizzata.

L'attività di taratura
E' stata svolta sia per le grandezze specifiche derivanti dai campioni nazionali mantenuti, sia per gli strumenti programmabili, utilizzati da molti laboratori per il trasferimento della riferibilità. Come negli anni precedenti, ad E3 ha fatto carico il coordinamento dell'attività di taratura, e la conseguente certificazione, anche per i programmi E1 ed E2.

Risultati conseguiti:

• Messa a punto di sistemi di compensazione per il divisore induttivo utilizzato per la generazione di tensioni tarate inferiori a 200 mV e per frequenze fino a 1 MHz.
• Progetto di un nuovo tipo di derivatore coassiale per correnti da 5 A a 20 A.
• Predisposizione di un nuovo programma in Visual Basic per il sistema di confronto dei convertitori termici del campione di trasferimento.
• Misure di messa in punto del campione di potenza ed estensione della riferibilità al sistema trifase.
• Sperimentazione di un sistema di acquisizione per misure di caratterizzazione di eventi specifici (sag, swell e glitch), finalizzato alla costruzione di un sistema per la misura di parametri di power qualità.
• Predisposizione di sistemi elettrochimici, misure preliminari della costante di Faraday, e progetto di una cella elettrochimica avente caratteristiche innovative; progetto e realizzazione di un sistema a pendolo per la determinazione del kilogrammo per via elettromeccanica.
• Completamento del programma di gestione automatica del processo di taratura (verifica iniziale, messa in punto e verifica finale) di multimetri numerali di elevata accuratezza, e messa in servizio del sistema di taratura automatico in tensione continua dei calibratori multifunzione campioni.
• Allestimento di un termostato migliorato in grado di accettare inserti in linea coassiale da 1 mm o in guida d'onda millimetrica, in modo da operare fino a 110 GHz. I miglioramenti introdotti riguardano sostanzialmente il sistema di stabilizzazione della temperatura.

Impatto dei risultati conseguiti sul contesto esterno:
Le misure di precisione della tensione, della corrente e della potenza elettrica in regime variabile e in alta frequenza sono pregiudiziali per lo sviluppo di applicazioni di grande importanza economica quali:

• la generazione e lo scambio di energia elettrica
• le comunicazioni
• la determinazione di caratteristiche di materiali, componenti e sistemi
• applicazioni per la sicurezza, la salute e l'ambiente

I risultati ottenuti permetteranno di migliorare la riferibilità per le basse tensioni, per la corrente alternata e per le misure di potenza in radiofrequenza e in alta frequenza. L'attività di disseminazione permette alle industrie di adeguare la qualità dei loro prodotti alle esigenze di un mercato tecnologicamente avanzato.

Principali attività svolte:

Metodi multiscala per la modellizzazione di sistemi eterogenei
L'attività ha avuto come obiettivo lo sviluppo di metodi matematici per lo studio di sistemi eterogenei e la loro implementazione all'interno di codici di calcolo. Si sono sviluppati metodi per la determinazione delle proprietà magnetiche ed elettriche equivalenti di composti a struttura finemente periodica, anche in presenza di fenomeni non lineari. Inoltre, si è affrontato il problema di omogeneizzazione inversa, sviluppando un metodo per determinare le proprietà magnetiche ed elettriche dei componenti, partendo dalla proprietà fisiche macroscopiche. Nel caso di sistemi per la mitigazione dei campi magnetici, l'attenzione è stata rivolta alla determinazione delle proprietà equivalenti di strutture magnetiche e/o conduttive grigliate, e alla valutazione della loro efficienza schermante.

Studio e sviluppo di dispositivi, attuatori e sensori elettromagnetici
L'attività è stata orientata alla caratterizzazione e modellizzazione dinamica di materiali a magnetostrizione gigante. Per quanto concerne gli aspetti sperimentali, l'obiettivo di determinare caratteristiche elettro-magneto-meccaniche non statiche è stato raggiunto con la definizione di un set-up originale e dedicato. I risultati di misura così conseguiti sono serviti a validare i risultati dei modelli, utili per la progettazione di un attuatore magnetostrittivo originale, da realizzare nel corso del 2008. Altre attività in questo ambito hanno riguardato lo studio di sistemi di trascinamento magnetico di valvole per il controllo di fluidi, in collaborazione con la OMAL S.p.A., e il supporto alla predisposizione della domanda di brevetto per un misuratore magnetico di temperatura contact-less, sviluppato in collaborazione con la Varian Inc.

Modellizzazione dei fenomeni di propagazione elettromagnetica
Sono stati sviluppati e messi a confronto due codici di calcolo, basati sul metodo degli elementi finiti e sulla più recente tecnica numerica "Element-free Galerkin meshless method", per l'analisi dei fenomeni di propagazione e di riflessione delle onde elettromagnetiche in mezzi disomogenei.

Studio dei fenomeni elettrochimici
E' proseguita l'attività di caratterizzazione di una cella elettrochimica planare a matrice, sviluppata in collaborazione con il Programma E2. Mediante un codice di calcolo 3-D si è valutata l'influenza della configurazione di alimentazione, della forma degli elettrodi e del contenitore esterno.

Risultati conseguiti:

• Algoritmi di calcolo per la valutazione delle proprietà magnetiche (lineari e non lineari) ed elettriche effettive di materiali eterogenei a struttura finemente periodica.
• Rappresentazione dei fenomeni di ferro-risonanza circuitale mediante modelli numerici e valutazione dei parametri che ne influenzano l'evoluzione.
• Messa a punto di un primo sistema originale per la misura dinamica delle caratteristiche magneto-meccaniche di campioni di materiale a magnetostrizione gigante. Il sistema si è reso necessario per raggiungere l'obiettivo del controllo, spostato al biennio 2008-2009.
• Messa a punto di un primo modello integrato elettro-magneto-meccanico della magnetostrizione e sua applicazione al progetto di un attuatore magnetostrittivo dell'INRIM.
• Sviluppo e implementazione di un metodo meshless per lo studio dei fenomeni di propagazione elettromagnetica in domini eterogenei.
• Completamento della caratterizzazione modellistica di una cella elettrochimica a matrice di elettrodi.
• Sviluppo di strumenti di calcolo per la previsione dell'efficienza schermante di strutture grigliate ai fini della mitigazione di campi magnetici.
• Completamento di un codice di calcolo per il supporto alla progettazione di schermature magnetiche (denominato al momento Powerfield), sul quale proseguono i test di affidabilità.
• Messa a punto di un sistema di schermatura originale per linee elettriche in cavo.
• Completamento dello sviluppo di strumenti di calcolo per la caratterizzazione di celle TEM impiegate nel campo delle basse frequenze.
• Preparazione di 16 lavori pubblicati o in attesa di pubblicazione su riviste scientifiche con IF compreso tra 0.9 e 2.4.

Impatto dei risultati conseguiti sul contesto esterno:
Collaborazioni con industrie, enti pubblici e privati hanno determinando un diretto trasferimento tecnologico dell'attività di ricerca. In particolare:

• studio di valvole a trascinamento magnetico per il controllo di fluidi (OMAL S.p.A.)
• predisposizione di un brevetto europeo per un sensore magnetico contact-less (Varian Inc.)
• schermatura magnetica della centrale elettrica di Somplago (Friuli Venezia Giulia)
• creazione di soluzioni schermanti originali per sistemi in cavo per CCC Italia s.r.l.

Principali attività svolte:

• Caratterizzazione di un sistema di generazione di campi magnetici di riferimento con forma d'onda non sinusoidale nella gamma di frequenza da 10 Hz a 100 kHz.
• Caratterizzazione del sistema per la generazione di campi elettromagnetici di riferimento all'interno della camera anecoica mediante antenne open-ended guide e standard horn da 700 MHz a 3 GHz.
• Studio numerico-sperimentale della distribuzione spaziale di campo in cella TEM alimentata a bassa frequenza (< 100 kHz) e valutazione degli effetti di perturbazione legati alla presenza di materiali dielettrici.
• Caratterizzazione mediante tecniche riflettometriche nel dominio del tempo (synthetic TDR) di celle TEM e GTEM per applicazioni metrologiche.
• Realizzazione e caratterizzazione di sistemi di misura di riferimento per la taratura dei generatori di scariche elettrostatiche utilizzati nell'ambito delle prove di compatibilità elettromagnetica (EMC).
• Studio di tecniche per la taratura di sistemi di misura di impulsi di tensione utilizzati nell'ambito delle prove di compatibilità elettromagnetica.
• Avvio del progetto TIPE (Transmission Infrastructure for Power Exchange) finanziato dalla Regione Piemonte (bando 2006), in collaborazione con il programma E4.

• Realizzazione e caratterizzazione di trasduttori (partitori di tensione resistivi) per sistemi di misura di riferimento in alta tensione continua con caratteristiche idonee per l'impiego nelle tarature in sito.
• Messa a punto di dispositivi e tecniche di misura per la taratura e la caratterizzazione degli strumenti di misura di scariche parziali utilizzati per la diagnostica degli isolamenti elettrici.
• Realizzazione di un sistema di generazione e misura per lo studio di fenomeni di ferro-risonanza in circuiti RLC.
• Progettazione e avvio della realizzazione del laboratorio di riferimento per le misure di alte tensioni continue e alternate, con tensioni nominali fino a 200 kV.

• Contributo all'attività del CEI, con riferimento alla misura di campi elettromagnetici a bassa, media ed alta frequenza, alle tecniche di misura e prova in alta tensione e al settore EMC.
• Contributo all'attività del CIGRÉ, in relazione alla messa a punto di linee guida per misura di campi elettrici e magnetici in prossimità di linee elettriche di potenza e alla preparazione di linee guida per la mitigazione dei campi magnetici.
• Contributo all'attività dell' IEC/CISPR nel settore EMC.

• Supporto a laboratori e industrie operanti nel settore delle misure di campi elettromagnetici e delle forti correnti e alte tensioni.
• Attività di supporto al SIT relativamente ai laboratori accreditati nelle aree di interesse.
• Attività di taratura e misura per industrie (nazionali ed estere) ed enti pubblici.

Risultati conseguiti:

• Analisi del comportamento e identificazione delle criticità di misuratori di campo a bassa e media frequenza, in relazione alla determinazione dell'esposizione umana in presenza di forme d'onda distorte.
• Valutazione della risposta di misuratori di campo elettromagnetico a radiofrequenza e microonda in onda continua (CW) e in presenza di segnali numerici a larga banda utilizzati nella telefonia mobile e nelle reti locali "wireless" (in particolare segnali Wi-Fi e Wi-Max).
• Messa a punto di procedure di taratura per misuratori di radiodisturbi, reti artificiali e apparecchiature ausiliarie nel settore EMC.
• Definizione e sperimentazione di una procedura di taratura di sistemi di misura per forme d'onda impulsive (surge) fino a 20 kV.
• Realizzazione di un prototipo di partitore di tensione resistivo ad alta impedenza per la taratura di generatori di scariche elettrostatiche.
• Messa a punto di un prototipo di un generatore di forme d'onda di riferimento programmabile per la taratura e la caratterizzazione di sistemi di misura di scariche parziali.
• Definizione delle specifiche di progetto di un partitore resistivo-capacitivo per alte tensioni alternate fino a 200 kV, dotato di struttura modulare.
• 4 pubblicazioni su rivista internazionale, 3 su atti di congressi internazionali, 7 su atti di congressi nazionali.

Impatto dei risultati conseguiti sul contesto esterno:

• La conoscenza del comportamento di misuratori di campo elettromagnetico in presenza di forme d'onda distorte o con modulazione numerica è indispensabile per una corretta valutazione dell'esposizione della popolazione e dei lavoratori, in relazione alle richieste dei decreti attuativi (luglio 2003) della legge quadro sull'esposizione ai campi elettromagnetici e del decreto legislativo (novembre 2007), che recepisce la direttiva 2004/40/CE.
• Nel settore EMC è forte l'esigenza di disporre di sistemi di riferimento e di tecniche di taratura per la strumentazione utilizzata nelle misure. L'INRIM è impegnato su questo tema da alcuni anni anche per costituire un riferimento nazionale e utilizzare i risultati raggiunti per un possibile accreditamento di centri SIT nel settore (al momento molto carente).
• Lo sviluppo di sistemi di misura di riferimento per alte tensioni soddisfa le esigenze di riferibilità, in relazione in particolare alle verifiche e tarature in situ. Per quanto riguarda le misure di scariche parziali, lo sviluppo di generatori riferibili risponde da un lato alla necessità di caratterizzare i sistemi di misura, con particolare riferimento a quelli di ultima generazione, in condizioni prossime a quelle reali, e dall'altro permette lo studio di tali sistemi in condizioni non normalizzate.
• I temi sopra menzionati sono segnalati in due roadmap nell'ambito del progetto iMERA, precisamente Electromagnetic measurements in industrial, environmental, security, medical and safety applications e Power and Energy.

Principali attività svolte:

• È stato messo a punto un protocollo per la produzione di Si Quantum Dots (Si QD) mediante sonicazione in diversi solventi. La sonicazione in Toluene ha permesso di ottenere sospensioni di QD con intensa fotoluminescenza (PL) nel blu-verde. Sostituendo il Toluene con THF [TetraIdroFurano], il processo di sonicazione si è rivelato più efficiente, ottenendo gli stessi risultati in minor tempo. L'aggiunta di Undecene al solvente, ha favorito la passivazione dei dangling bonds, con un tempo di sonicazione più graduale. Riguardo alla produzione e caratterizzazione di carburo di silicio poroso e quantum dot di carburo di silicio, è stata verificata la elevata stabilità in ambienti acidi e ossidanti e la biocompatibilità di questo materiale che rappresenta un buon candidato per le applicazioni biologiche.
• Riguardo alla realizzazione di guide d'onda in Silicio Poroso (PS), sulla base della simulazione condotta con software OptiBPM^TM sono stati previsti i valori del contrasto d'indice delle guide da realizzare. Questi valori sono stati riprodotti in guide di tipo slab basate su PS. E' stata applicata la Litografia da Fascio Elettronico sulle guide slab, in modo da ottenere la definizione laterale. Tale definizione è stata riportata sul materiale mediante Plasma Etching. È stata osservata una buona compatibilità del resist PMMA [PoliMetilMetacrilato] con il PS ed una elevata selettività dell'attacco in plasma del PS rispetto al resist.
• Studio del trasporto elettronico in nanostrutture: tuning della coulomb gap mediante molecole di NO₂ e iniezione di elettroni in nanostrutture di Si tipo p mediante molecole di NH₃. Sono state osservate, a temperatura ambiente, dinamiche di tipo "vetroso" (glassy) del rilassamento della conducibilità in Si mesoporoso, con comportamenti tipici dei cosiddetti "vetri elettronici".
• Sono stati realizzati bio-chip di silicio poroso mediante immobilizzazione di biomolecole con risoluzione submicrometrica. Inoltre si è realizzato un sensore ottico a base di Si poroso per la detenzione di virus: l'obiettivo è un sensore capace di rilevare concentrazioni fino a 10⁶ pfu/ml. Si è proceduto alla ingegnerizzazione dell'alcolometro per la determinazione del grado alcolico dei vini, basato sulle proprietà ottiche e morfologiche del Si nanostrutturato, utilizzando una camera di evaporazione di volume ridotto, con riduzione del tempo di risposta.
• Si e' proseguita la realizzazione di un unico standard Raman per tutte le lunghezze d'onda che vanno da 360 nm fino a 1064 nm.

Risultati conseguiti:

• Produzione e caratterizzazione di Quantum Dots di Silicio per imaging in sistemi biologici (Progetto Regionale 2004).
• Realizzazione di Guide d'Onda in Silicio Poroso (PS) per applicazioni ottiche e fotoniche (Progetto Regionale 2004) e per la sensoristica (Contratto AeroSekur).
• Migliore comprensione dei fenomeni di trasporto elettronico in nanostrutture di Si mesoporoso.
• NanoBioMetrologia: sviluppo di tecnologie per la realizzazione di dispositivi basati su materiali nanostrutturati per applicazioni biomediche e agroalimentari.
• Realizzazione di uno standard Raman utilizzando il carburo di silicio.
• Realizzazioni di filtri in silicio poroso per frequenze dell'ordine dei therahertz.

Principali attività svolte:

Preparazione di materiali magnetici
Sono stati preparati film amorfi a base Fe e Co; film di materiali tipo nanoperm e FINEMET, sono stati preparati trilayer Ferromagnete-metallo-ferromagnete e ferromagnete-ossido-ferromagnete, per studi di dinamica di magnetizzazione, anisotropia e magnetotrasporto.Sono stati prodotti film di esaferrite di Ba, che sono stati caratterizzati sino alle microonde, con l'obiettivo di verificare la risposta induttiva del materiale sino al limite della risonanza ferromagnetica (FMR).Sono stati eseguiti vari trattamenti di purificazione su nanoparticelle di ossidi di Fe prodotte tramite solventi organici e di sintesi in fase acquosa. L'interesse per fluidi contenenti tali insiemi di nanoparticelle risiede nelle loro proprietà superparamagnetiche, che associano risposta magnetica ragguardevole ad una scarsa tendenza all'aggregazione. Ciò è ideale per varie applicazioni biomediche. Per esempio, si possono ottenere riscaldamenti localizzati di cellule marcate da nanoparticelle portate alla risonanza ferromagnetica (Progetto Nanomat). Sono in corso gli studi sulle proprietà FMR di particelle infiltrate in matrici nanostrutturate di allumina.

Caratterizzazione di materiali magnetici
Sono stati effettuati studi sulle transizioni di fase magnetostrutturali di NiMnSn utilizzando diverse tecniche sperimentali (attività associata alla tesi di dottorato Giudici).Sono state studiate le proprietà magnetiche di film amorfi al fine di evidenziare la dipendenza dell'anisotropia e della struttura a domini dallo spessore e dai trattamenti termici con e senza campo magnetico.Sono state studiate (progetto regionale, Tiberto) strutture tipo MTJ (Magnetic Tunnelling Junction) mediante misure di magneto-trasporto in funzione della temperatura.Sono stati studiati i fenomeni di rilassamento elettrico e magnetico di polveri di magnetite rivestite di ceramica per uso biomedicale.E' iniziato lo studio delle interazioni magnetiche e dei fenomeni di aggregazione di nanopolveri di Fe zerovalente e magnetite usate per impieghi ambientali.

Sviluppo di tecniche di misura per il magnetismo
Sono state sviluppate le capacità di misura magnetica nel campo delle microonde, sia utilizzando linee coassiali (tipicamente per nuclei di ferriti) e linee complanari (per film sottili, nanodots e nanorings). E' stato sviluppato un metodo per effettuare misure AFM-MFM (Atomic Force Microscopy-Magnetic Force Microscopy) in campo magnetico.Si è resa possibile (con l'acquisizione nel 2006 del criostato e del forno) l'effettuazione di misure di magnetizzazione ad alta sensibilità in funzione della temperatura tra 2 K e 1000 K.Sono state studiate e messe in pratica tecniche calorimetriche con celle Peltier per la realizzazione di un calorimetro per l'effetto magnetocalorico in regime adiabatico e isotermo.

Risultati conseguiti:

Preparazione di materiali magnetici

• Deposizione di film amorfi a base Fe e Co con anisotropia indotta da un campo saturante applicato durante la preparazione.
• Preparazione e caratterizzazione di film di esaferrite di Ba.
• Preparazione di nanoparticolati di ossido di ferro in fase organica ed acquosa, in seguito funzionalizzati superficialmente tramite amine. I possibili usi biologici includono marcatori DNA e riscaldamenti localizzati di cellule via dissipazione FMR.

• Misura di perdite, permeabilità e risonanza ferromagnetica in esaferriti e ferriti spinello, film sottili, sistemi nanogranulari (sino a 65 GHz).
• Osservazione diretta di struttura a domini mediante Kerr effect e MFM in film amorfi a base Fe e verifica dell'evoluzione dell'anisotropia magnetica (Spin Reorientation Transition).
• E' stato evidenziato un comportamento anomalo per temperature inferiori ai 10 K della magneto-resistenza in film multistrato e granulari tipo Fe-Pt, Fe-Pt-Ag e Cu-Co. Il fenomeno è stato interpretato in termini di Electron Weak Localization.

• Avvio di un ciclo di confronto sulla misura del momento magnetico con il metodo del Vibrating Sample Magnetometer in ambito IEC (IEC/68/358/INF). INRIM è laboratorio pilota.
• Sviluppo di un Pulsed Field Magnetometer (PFM) per campioni sferici e cilindrici. Sono stati definiti i metodi quantitativi per la correzione degli effetti delle correnti parassite, che appaiono con diametri dei campioni superiori a 10 mm.
• E' stato dimostrata la possibilità di determinare parte reale e parte immaginaria della permeabilità in ferriti Mn-Zn e Ni-Zn sino a 4 GHz. La procedura di misura combina il metodo fluxmetrico con la misura del parametro di scattering S₁₁ in cavo coassiale e terminale in corto circuito.
• E' stato realizzato un calorimetro per studiare l'effetto magnetocalorico (campo massimo di 2.3T, sensibilità di 1 µW, campo di temperatura -40 ºC a +90 ºC).
• Si sono ottenute le prime immagini di struttura a domini tramite MFM.

Principali attività svolte:

• Estensione dei modelli d'isteresi del magnetismo al caso della trasformazione di fase: definizione della teoria, calcolo numerico, fit con curve misurate (Gd-Si-Ge), previsioni di cicli termodinamici. Misure adiabatiche ed isoterme su Ni-Mn-(Ga,Sn).
• Studio della struttura topologica degli stati metastabili nel Random Field Ising Model (RFIM): dimostrazione dei teoremi e calcoli numerico per sistemi di taglia finita.

• Esperimenti di dinamica delle pareti di Bloch in presenza di correnti parassite (bulk e film sottili). Interpretazione fisica dell'effetto (massa effettiva negativa e origine della legge di separazione delle perdite nei film sottili). Misure di rumore Barkhausen in acciai strutturali "Interstitial Free". Interpretazione fisica.
• Misura di perdita e permeabilità in ferriti dolci Mn-Zn e Ni-Zn, materiali nanocristallini e nastri amorfi nel range DC - 10 MHz. Sviluppo del modello fisico di interpretazione. Misure delle curve di magnetizzazione nelle rocce naturali e in manufatti di interesse archeologico (ossidiana, ceramiche).

• Formulazione analitica della dinamica di magnetizzazione in presenza di spin-transfer torque e sua soluzione: diagrammi di stabilità, condizioni per l'insorgenza di auto-oscillazioni indotte dalla corrente, inclusione dell'effetto delle fluttuazioni termiche.
• Modelli analitici e numerici di effetti di risonanza e di phase-locking in nanostrutture magnetiche. Misure di risonanza ferromagnetica in sistemi di nanoparticelle e nanostrutture e confronto con i modelli.

Risultati conseguiti:

• Il modello introdotto è stato in grado di descrivere gli effetti termici lungo il ciclo d'isteresi e la variazione di entropia nel Gd-Si-Ge con applicazioni ai sistemi di refrigerazione magnetica. Le caratterizzazioni su magnetic shape memory alloys sono di interesse per la refrigerazione magnetica e per i sistemi di attuazione magnetica. I risultati teorici ottenuti sul RFIM riguardano le basi fisiche dei modelli d'isteresi e nello specifico mettono in relazione le proprietà di stati particolari (come il ground state) con gli stati preparati con storie di campo (come lo stato smagnetizzato).
• Lo studio delle proprietà di rumore in materiali bulk si è concluso con successo in quanto sono state spiegate le proprietà ancora da interpretare, come l'asimmetria della forma delle valanghe. I risultati ottenuti dallo studio dello spettro di potenza del rumore negli acciai, (correlazione tra spettro del rumore e deformazione plastica, con specifiche differenze fra materiali deformati per tensione e cold-rolling) hanno interessanti applicazioni nel campo del "non destructive testing" degli acciai.
• Lo sviluppo della teoria analitica per gli effetti di spin-torque ha permesso di definire il diagramma di stabilità, cioè le condizioni per cui si instaurano gli effetti di interazione corrente-spin di interesse per il campo della nascente spintronica. Sperimentalmente si sono ottenute caratterizzazioni della risonanza ferromagnetica di materiali fino a 65 GHz e delle misure di rumore di corrente, associato ai segnali di struttura spin-transfer, fino a 23 GHz.