L’INRiM partecipa come partner al progetto AQuTE (Advanced Quantum Time Experiment), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Fornire una descrizione quantistica delle misurazioni temporali è una sfida concettuale, poiché in meccanica quantistica il tempo non è un osservabile, ma un semplice parametro. Per questo motivo, la letteratura propone approcci differenti e tra loro non equivalenti su come trattare le misure temporali.

Il progetto intende realizzare un esperimento capace di discriminare fra queste diverse teorie, concentrandosi su una misura specifica: il tempo di arrivo (TOA) di una particella in una posizione spaziale prefissata. La particella considerata sarà un singolo fotone propagante in una guida d’onda ottica (una fibra), che in questo contesto assume una massa effettiva grazie al modello di onda stazionaria trasversale.

L’esperimento permetterà di stabilire quale proposta fornisce la corretta descrizione quantistica del TOA. In particolare, se i risultati confermassero la validità della proposta basata sull’“orologio quantistico”, l’impatto sarebbe straordinario: tale modello, infatti, costituisce un’estensione della meccanica quantistica convenzionale. In tal caso, si dimostrerebbe che la formulazione standard della teoria, così come presentata nei testi classici, è insufficiente a descrivere e prevedere certi fenomeni realmente osservabili. Un simile esito rappresenterebbe un risultato dirompente e rivoluzionario.

L’INRiM è stato coordinatore del progetto CalQuStates (Calibration of microwave chains for Quantum States preparation and readout at millikelvin temperatures), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto ha sviluppato nuove capacità metrologiche per la calibrazione di segnali e catene di misura a microonde in ambienti criogenici, una tecnologia chiave per il Quantum Computing e per i circuiti quantistici superconduttori.

Le attività hanno portato alla realizzazione di una piattaforma sperimentale per misure calibrate a temperature di millikelvin, con definizione dei piani di riferimento criogenici, calibrazione dei parametri di scattering mediante tecniche SOLR, valutazione delle incertezze e caratterizzazione di componenti e dispositivi a microonde avanzati.

Particolare attenzione è stata dedicata alla calibrazione di catene di lettura quantistiche, alla misura della potenza al piano del dispositivo e alla caratterizzazione del rumore aggiunto in amplificatori parametrici criogenici, anche mediante sorgenti di rumore controllabili in temperatura e protocolli di tipo Planck spectroscopy.

I risultati ottenuti rafforzano le basi di una metrologia italiana coordinata per le tecnologie quantistiche “made in Italy”, favorendo misure più accurate, confrontabili e riproducibili, con applicazioni nel Quantum Computing, nelle telecomunicazioni, nella difesa, nella criogenia e nella diagnostica avanzata.

L’INRiM ha partecipato come partner al progetto CONTRABASS (Efficient simulation and design of quantum CONtrol sTRategies for mAny-Body quAntum SystemS), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto ha coinvolto un partenariato composto dall’Università degli Studi di Milano, in qualità di coordinatore, e dall’INRiM, con l’obiettivo di sviluppare strumenti teorici e numerici per la simulazione e il controllo di sistemi quantistici aperti a molti corpi. Le attività si sono concentrate su protocolli di misura continua e feedback, sull’ingegneria di stati quantistici e sulla metrologia quantistica, con particolare attenzione agli ensemble atomici accoppiati a cavità ottiche.

L’unità INRiM ha contribuito allo sviluppo e alla validazione di metodi avanzati di simulazione per sistemi quantistici aperti. In collaborazione con l’Università degli Studi di Milano, INRiM ha lavorato all’approccio open time-dependent variational Monte Carlo, che combina le traiettorie quantistiche con tecniche variazionali Monte Carlo. Questo metodo consente simulazioni scalabili della dinamica dissipativa a molti corpi senza l’evoluzione diretta dell’intera matrice densità, supportando applicazioni a piattaforme sperimentalmente rilevanti quali orologi atomici, sistemi a ioni intrappolati e atomi di Rydberg.

Una parte rilevante dell’attività dell'INRiM si è concentrata sul controllo quantistico e sulla simulazione di ensemble atomici accoppiati a cavità ottiche. L’unità ha sviluppato strumenti numerici per modellizzare atomi a tre livelli interagenti con una cavità in presenza di misura continua del campo ottico trasmesso. Queste simulazioni hanno permesso di valutare i regimi in cui l’eliminazione adiabatica fornisce un’approssimazione affidabile e di quantificare la generazione di stati con spin squeezing, risorse centrali per il sensing quantistico.

Il progetto ha portato a progressi significativi nella modellizzazione di sistemi quantistici aperti accoppiati a cavità. I ricercatori dell'INRiM hanno contribuito alla derivazione di master equation efficaci di ordine superiore rispetto all’eliminazione adiabatica standard, mostrando che questi modelli migliorati riproducono rilevanti limitazioni nella scalabilità dello spin squeezing, evitando al contempo il costo computazionale delle simulazioni del sistema completo. Ulteriori sviluppi hanno incluso nuovi approcci per sistemi quantistici sottoposti a monitoraggio continuo, basati su master equation stocastiche ed espansioni in cumulanti quantistici.

I risultati teorici ottenuti dall’unità dell'INRiM hanno inoltre supportato i progressi sperimentali verso misure quantum-enhanced. In particolare, è stato caratterizzato il rivelatore a misure omodine, e la cavità ottica per misure quantistiche è stata progettata anche utilizzando indicazioni provenienti dalla modellizzazione teorica sviluppata nel progetto. 

Il progetto ha prodotto numerosi risultati scientifici con il coinvolgimento di ricercatori dell'INRiM, tra cui pubblicazioni e manoscritti su squeezing di spin, dinamica quantistica aperta, eliminazione adiabatica di ordine superiore e sistemi quantistici sottoposti a monitoraggio continuo, oltre a presentazioni in workshop e conferenze.

L'INRiM partecipa come partner al progetto DAREDEVIL (DARk-mattEr-DEVIces-for-Low-energy-detection), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto mira a realizzare un prototipo di rilevatore accoppiando materiali a gap piccolo o nullo (come cristalli di Dirac/Weyl e superconduttori) a sensori criogenici all'avanguardia. Si prevede di eseguire una caratterizzazione completa dei prototipi, sia dal punto di vista teorico che sperimentale, in termini di risposta del rilevatore, risoluzione energetica, soglia, rumore e tasso di rumore oscuro.

Data la molteplicità di competenze necessarie per raggiungere l'obiettivo, il progetto coinvolge un team multidisciplinare composto da teorici della materia condensata, fisici delle astroparticelle ed esperti di ingegneria dei sensori.

Il progetto rappresenterebbe un primo passo verso la realizzazione di un dispositivo a bassa soglia e altissima risoluzione per gli esperimenti di prossima generazione alla ricerca della materia oscura leggera.

L’INRiM ha coordinato il progetto EMPEROR (Engineering two-dimensional Materials-based Photonics and Electronics platfoRms by directed self-assembly of blOck copolymeRs), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR) e svolto dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto ha sviluppato con successo piattaforme fotoniche basate su materiali bidimensionali (2D) nanostrutturati mediante Directed Self-Assembly di copolimeri a blocchi, dimostrando dispositivi fotonici neuromorfici ("2D memitter") basati su monocristalli di WS₂ e MoS₂ caratterizzati da plasticità sinaptica a breve termine e memoria visiva. Inoltre, è stata realizzata l’integrazione controllata di nanostrutture plasmoniche ottenute tramite self-assembly, in grado di incrementare significativamente l’intensità della fotoluminescenza preservando le funzionalità neuromorfiche dei dispositivi.

Il progetto ha inoltre ottimizzato i processi di crescita, nanostrutturazione e caratterizzazione di materiali bidimensionali appartenenti alle famiglie dei dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMDs) e degli Xeni, consolidando una piattaforma tecnologica innovativa per future applicazioni fotoniche ed elettroniche a basso consumo energetico.

I risultati sono stati diffusi attraverso pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali ad alto impatto e numerose presentazioni a conferenze internazionali, contribuendo all'avanzamento delle tecnologie basate su materiali bidimensionali. 

L'INRiM ha partecipato come partner al progetto EXTRASTRONG (Resilience Evaluation by Experimental and Theoretical Approaches in Electrical Distribution Systems with Underground Cables), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto ha studiato l'impatto delle ondate di calore (heatwaves) sulle reti elettriche urbane sotterranee, con particolare attenzione ai cavi e ai giunti di media tensione, attraverso un approccio integrato articolato in tre linee di ricerca.

Sul campo è stato installato a Torino, in collaborazione con IRETI SpA, un sistema pilota termo-igrometrico per monitorare le condizioni ambientali nel sottosuolo attorno ai giunti in esercizio e valutarne l'incertezza di misura.

Parallelamente, l'analisi dei dati storici relativi ai guasti (2001-2025) ha evidenziato che durante le ondate di calore l'affidabilità della rete degrada secondo dinamiche non convenzionali, mettendo in luce la necessità di sviluppare modelli matematici specifici per la valutazione della resilienza, complementari alla tradizionale teoria dell'affidabilità.

L'attività sperimentale di laboratorio, svolta presso l'Università degli Studi "La Sapienza", ha inoltre portato allo sviluppo di un protocollo standardizzato di invecchiamento termoelettrico accelerato, finalizzato a valutare la degradazione dei materiali isolanti e la tenuta dielettrica dei componenti.

I risultati ottenuti hanno infine favorito nuove collaborazioni con il mondo industriale, tra cui il finanziamento di un Dottorato Executive in collaborazione con Unareti SpA, dedicato all'asset management delle reti elettriche di Milano e Brescia.

L'INRiM partecipa come partner al progetto HEUSLER (Modelling and process engineering of Heusler alloys for thermometric waste heat harvesting and spintronic applications), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

La proposta è dedicata ai composti Heusler all-d-metal, privi di materie prime critiche ed elementi tossici, caratterizzati da proprietà multifunzionali che spaziano dalla conversione termoelettrica del calore residuo alla spintronica.

L’obiettivo è collegare la modellizzazione atomistica della struttura elettronica con le proprietà di trasporto e magneto-elettriche misurate su campioni ottenuti con tecniche scalabili.

Tre linee principali guideranno il progetto:

1. Comprendere il ruolo dei difetti strutturali e del disordine magnetico sulle deviazioni dal comportamento half-metallico previsto dalla regola di Slater–Pauling, tramite calcoli ab-initio e verifiche sperimentali (NMR, misure di trasporto e magneto-elettriche);
2. Aumentare l’efficienza termolettrica ottimizzando la figura di merito ZT = (S²·T)/(ρ·k) (dove S è il coefficiente di Seebeck, T la temperatura assoluta, ρ la resistività elettrica e k la conducibilità termica) attraverso drogaggi e ingegneria della diffusione elettroni/fononi con processi non-equilibrio;
3. Controllare struttura e microstruttura tramite design dei composti e ingegneria dei processi, confrontando campioni massivi e film sottili.

I materiali sviluppati, grazie a versatilità, disponibilità e migliorate proprietà meccaniche, avranno applicazioni in dispositivi robusti ed efficienti, contribuendo alla sostenibilità energetica ed ambientale.

L'INRiM ha partecipato come partner al progetto ISOTOP (Precision isotopic shift measurements to test physics beyond the Standard Model), finanziato dal Ministero dell'Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

La metrologia di precisione con sistemi atomici e molecolari offre una via innovativa per esplorare la fisica oltre il Modello Standard. In questo ambito gli spostamenti isotopici sono potenzialmente sensibili a nuove particelle leggere non previste: eventuali effetti non lineari, già osservati in calcio e itterbio, potrebbero aprire la strada alla scoperta di nuove interazioni fondamentali.

Il progetto si proponeva di sfruttare le tecnologie sviluppate presso l'Università degli Studi di Firenze e l'INRiM per misure assolute di frequenza sulle transizioni di inter-combinazione strette del cadmio, atomo ideale per studi comparativi ad alta precisione grazie ai suoi numerosi isotopi stabili. La spettroscopia del cadmio sulla transizione ¹S₀–³P₁ a 326,2 nm richiede però sorgenti laser e riferimenti di frequenza adeguati nell'ultravioletto, dove gli apparati convenzionali sono complessi e scarsi.

Il principale risultato del progetto affronta proprio questo punto. Con il sistema laser sviluppato a Firenze e INRiM — sorgente master a 1304,8 nm, seconda armonica a 652,4 nm e quarta armonica a 326,2 nm — è stata realizzata per la prima volta la spettroscopia di assorbimento saturo della debole riga P(63) della banda 4-4 dello iodio molecolare ¹²⁷I₂ a 652,4 nm. La seconda armonica di questa transizione cade a 326,2 nm, sovrapponendosi alla transizione di inter-combinazione del cadmio: lo iodio può quindi fungere da riferimento di frequenza diretto per i laser UV destinati al cadmio, evitando ingombranti apparati di spettroscopia nell’ultravioletto.

Misurando le frequenze assolute delle componenti iperfini con un pettine di frequenze riferito al GPS, sono state determinate le costanti di quadrupolo elettrico e di spin-rotazione e il centro di gravità della transizione, migliorandone la precisione di un fattore 250.

Questi risultati, pubblicati su Optics Express, contribuiscono all'aggiornamento dell'atlante dello iodio e forniscono un riferimento pronto all'uso per la futura spettroscopia di precisione del cadmio — un passo abilitante verso le misure di spostamento isotopico che motivano il progetto.

L’INRiM è coordinatore del progetto MetroSpin (Modelling and process engineering of Heusler alloys for thermometric waste heat harvesting and spintronic applications), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto propone l’applicazione del machine learning (ML) allo studio delle strutture di spin chirali, elementi chiave per dispositivi di memoria e logica a basso consumo nella spintronica.

La loro stabilità dipende dall’interazione di Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), parametro fondamentale ma ancora affetto da notevoli discrepanze di misura.

L’obiettivo è migliorare l’affidabilità metrologica combinando approcci statistici e intelligenza artificiale. In particolare, il progetto mira a:

1. Analizzare la riproducibilità e la ripetibilità delle misure, correlando gli errori a difetti e in omogeneità dei campioni;
2. Utilizzare ML per stimare il DMI dai pattern di domini magnetici, confrontando dati simulati e sperimentali, e chiarendo le origini fisiche della dispersione dei risultati.

L’iniziativa risponde all’esigenza di protocolli rapidi, condivisi e standardizzati, oggi mancanti, che limitano l’adozione industriale della spintronica. I risultati attesi forniranno strumenti innovativi per la comunità scientifica e industriale, abilitando metodi di caratterizzazione efficienti, scalabili e adatti a supportare nuove applicazioni in memorie, logiche magnetiche e nanotecnologie.

L'INRiM ha partecipato come partner al progetto MIRABLE (Measurement Infrastructure for Research on heAlthy and zero energy Buildings in novel Living lab Ecosystems), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto MIRABLE ha definito strumenti metodologici, infrastrutture e tecnologie per realizzare un nuovo modello di lavoro a supporto della ricerca antropocentrica sulla qualità dell'ambiente indoor (IEQ) e delle attività di ricerca, sviluppo e innovazione (R&D&I) incentrate sull'uomo, per lo sviluppo tecnologico del settore edilizio, al fine di ottenere edifici sani e “intelligenti”, ridurre il consumo energetico e promuoverne la resilienza.

Nell'ambito del progetto MIRABLE, il Politecnico di Torino e l'INRiM hanno collaborato alla progettazione, implementazione e validazione di un'infrastruttura di misura per il monitoraggio multi-dominio delle condizioni ambientali indoor e dell'interazione degli occupanti all'interno di Living Laboratories (LL) in scala reale.

In particolare, le attività svolte presso l'INRiM sono state finalizzate alla caratterizzazione metrologica dei prototipi multi-sensore sviluppati all'interno del progetto per il monitoraggio dei parametri IEQ, all'ottimizzazione del loro design e al miglioramento delle procedure di taratura per i sensori low-cost utilizzati. Ciascun dominio dell’IEQ è stato analizzato separatamente, in conformità con le normative pertinenti e le linee guida disponibili sulle best practice. Ove necessario, sono state condotte anche analisi di interferenza per valutare le potenziali interazioni tra i sensori, e tra i sensori e l'involucro dei prototipi.

Una sfida significativa affrontata nel corso di queste attività ha riguardato l'assenza di procedure di caratterizzazione consolidate e specificamente rivolte ai sensori a basso costo. Di conseguenza, la ricerca condotta ha adottato un approccio metrologico rigoroso per studiare e quantificare in modo sistematico le prestazioni dei sensori utilizzati. Il risultato di questo approccio è stato quello di migliorare l'affidabilità delle misure, la riferibilità dei risultati ottenuti, e di garantire una maggiore robustezza dei dati raccolti.

Inoltre, il progetto ha portato alla creazione di linee guida per la caratterizzazione e la taratura di sensori low-cost per le misurazioni tipiche in ambiente indoor. Tali linee guida fungeranno da riferimento metodologico, supportando l'impiego accurato e affidabile di sensori a basso costo per le applicazioni di monitoraggio della qualità dell'aria in ambienti interni.

L’INRiM ha partecipato come partner al progetto NEURONE (extremely efficient NEUromorphic Reservoir cOmputing in Nanowire network hardwarE), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto NEURONE ha contribuito all’avanzamento delle conoscenze scientifiche all'intersezione tra Deep Learning, Reservoir Computing e Calcolo Neuromorfico. Complessivamente, le tre unità di ricerca del consorzio hanno prodotto 44 contributi scientifici unici, tra cui 17 articoli su rivista. I risultati sono stati pubblicati in sedi scientifiche di primo piano, tra cui Nature Communications, IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, Advanced Functional Materials, Neural Networks, Neuromorphic Computing and Engineering, APL Machine Learning, NeurIPS, ICML e AISTATS.

Il progetto ha dimostrato che i principi del Reservoir Computing e della co-progettazione hardware-software (hardware-software codesign) possono essere integrati per sviluppare sistemi di intelligenza artificiale neuromorfica al tempo stesso efficienti dal punto di vista computazionale e concretamente realizzabili sul piano fisico. Il framework NEURONE — che comprende modelli teorici di Reservoir Computing, implementazioni hardware basate su nanofili (nanowire) e strumenti di benchmarking — rappresenta un contributo organico e di forte impatto nel campo della Green AI e dell'Intelligenza Artificiale Neuromorfica.

L’INRiM è il coordinatore del progetto PHOTAG (Multi-step optical encoding in anti-counterfeiting photonic tags based on liquid crystal), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

PHOTAG mira allo sviluppo di un’etichetta anticontraffazione a basso costo, con più livelli di sicurezza e facile da usare per la codifica ottica di metadati.

I codici QR fotonici per l’identificazione dei prodotti saranno modellati in materiali cristallini liquidi foto-polimerizzabili utilizzando diverse tecniche di produzione, consentendo etichette con dimensioni variabili, scalabilità e capacità di densità delle informazioni.

L’etichetta fotonica includerà difetti casuali che serviranno come caratteristiche non clonabili (PUF, Physical Unclonable Function), che, tramite protocolli di interrogazione ottica basati su uno schema sfida-risposta, autenticheranno il prodotto.

Il progetto intende realizzare due tipi di codici QR casuali mediante:

• Tag fotonici colorati realizzati con cristalli liquidi colesterici stabilizzati
• Ologrammi generati da elementi ottici diffrattivi 3D realizzati in cristalli liquidi nematici stabilizzati.

La codifica e l’autenticazione ottica del codice QR saranno testate in un processo a più fasi per la lettura e codifica sicura e certificata delle informazioni presso i nodi di una catena produttiva. Il consumatore finale potrà collegarsi ai metadati del prodotto memorizzati in un database sicuro attraverso una semplice lettura ottica del codice QR.

Questi codificatori ottici di metadati, combinati con PUF, promettono di soddisfare tutte le funzioni di identificazione, autenticazione, tracciabilità, nonché di anti-manomissione per la lotta alla contraffazione dei prodotti.

L'INRiM ha coordinato il progetto ROCKFALL (Rockfall risk mitigation in the Alps), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), conclusosi il 28 febbraio 2026.

Il progetto ha sviluppato modelli accurati e trasferibili di trasferimento di calore nella roccia per la mitigazione del rischio in aree ad alta quota soggette a caduta massi.

Partendo dall’area strumentata del bacino del ghiacciaio Bessanese, già oggetto di precedenti studi con tecniche innovative (progetti RIST, RIST2 e iniziativa GeoClimAlp), il progetto ha affinato le misure esistenti introducendo nuova strumentazione, più litotipi e pareti rocciose con diverse esposizioni solari.

Grazie ai risultati di questo progetto, è stata raggiunta una migliore comprensione dei processi termici nelle rocce in aree montane ad alta quota. L'incremento delle osservazioni in loco nel Bessanese, nel tempo e nello spazio, con strumenti calibrati e la tracciabilità delle relative misurazioni, ha progressivamente migliorato la capacità predittiva del modello termico. Inoltre, la strumentazione installata consente un monitoraggio continuo a lungo termine, essenziale per rilevare significative fluttuazioni termiche e potenziali segnali di instabilità, e per associarli a futuri eventi di caduta massi.

Basato su un approccio multidisciplinare, che ha coinvolto il mondo accademico, istituti di ricerca operanti in diversi settori e aziende produttrici, questo progetto è pienamente in linea con il Programma Nazionale di Ricerca (PNR) italiano, che incoraggia la ricerca multidisciplinare. Esperti in modellazione numerica, metrologia, geologia, termodinamica e produzione di sensori hanno collaborato per raggiungere i risultati complessivi di questo PRIN. L'iniziativa ha inoltre permesso di avviare una nuova e ormai consolidata collaborazione tra i diversi gruppi, per lo sviluppo e l'alimentazione di ulteriori studi e obiettivi anche al di là della durata del progetto.

In conclusione, nel contesto dei cambiamenti climatici, che mostrano effetti amplificati nelle aree alpine e della criosfera, come le Alpi, progetti come questo PRIN "Rockfall", che mirano ad accrescere le conoscenze sulla comprensione delle tendenze attraverso misurazioni e modelli più accurati, rappresentano un prezioso contributo in un panorama complesso di sforzi volti a comprendere e, ove possibile, mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici e i rischi ad essi associati in ambienti così vulnerabili e delicati.

È stato creato uno spazio web dedicato al progetto per archiviare e rendere disponibile la documentazione prodotta.

L’INRiM partecipa come partner al progetto THEEPANY (ThreEE-dimensional Processing tecHnique of mAgNetic crYstals for magnonics and nanomagnetism), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto mira a dimostrare un nuovo paradigma per la nanofabbricazione di cristalli magnetici come il YIG, abilitando risoluzione nanometrica, capacità 3D e regolazione in scala di grigi delle proprietà magnetiche.

Si sfrutteranno due tecniche complementari di scrittura diretta:

• Lavorazione laser ultra rapida
• Lithography assistita termicamente

per ottenere nanopatterning flessibile 3D (>100 nm) e planarità sub-10 nm.

La sinergia delle tecniche permetterà di realizzare dispositivi magnetici avanzati, come cristalli 3D e waveguide, superando lo stato dell’arte. Il progetto rappresenta un progresso unico nella lavorazione di materiali magnetici, aprendo nuove prospettive scientifiche e tecnologiche in magnonica e nanomagnetismo.

L’INRiM ha coordinato del progetto U-MagFinger (Fast readable label by Unique Magnetic Fingerprints on Industry 4.0: polymeric nanocomposites for a global exchange of information with a high level of security), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto ha avanzato le conoscenze nel campo delle nanotecnologie attraverso lo sviluppo di etichette magnetiche innovative in grado di scambiare, tracciare ed identificare informazioni.

Il concetto chiave si è basato sull'assemblaggio controllato di supraparticelle costituite da nanoparticelle magnetiche racchiuse in una matrice polimerica, utilizzate come impronte digitali magnetiche uniche e decodificate mediante spettroscopia magnetica di particelle (MPS).

Il progetto ha portato al raggiungimento dei seguenti risultati:

• La sintesi di nanoparticelle magnetiche con proprietà magnetiche controllate e la loro incorporazione in supraparticelle polimeriche;
• Lo sviluppo di una piattaforma MPS dedicata per la rapida decodifica delle impronte magnetiche;
• Due strategie complementari di decodifica basate sulle proprietà intrinseche delle etichette magnetiche e sulla loro risposta non lineare a differenti condizioni di eccitazione magnetica. 

Questi risultati hanno dimostrato la possibilità di generare migliaia di codici magnetici affidabili e distinguibili, consentendo autenticazione rapida e decodifica remota, aprendo nuove prospettive per le tecnologie di identificazione sicura.

L'INRiM è stato coordinatore del progetto Xvers.T.E.C. (Transverse thermoelectric energy conversion), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), con durata dal 28 settembre 2023 al 28 febbraio 2026.

Il progetto ha indagato con successo gli effetti termoelettrici trasversali, che consentono la conversione di energia termica in energia elettrica o lo spostamento di calore sfruttando il magnetismo. Lo studio ha combinato efficacemente osservazioni sperimentali e analisi teoriche fondamentali per comprendere questi fenomeni all'interno di vari materiali.

Risultati Sperimentali

• Sviluppo di campioni in MnBi: Un obiettivo principale raggiunto è stato lo sviluppo di una solida procedura operativa basata sulla metallurgia delle polveri per produrre campioni policristallini di MnBi. Questo approccio permette di modificare le proprietà magnetiche e di ottimizzare il coefficiente di Nernst attraverso la ricottura in campo magnetico.
• Analisi del bismuto: è stato esplorato l'effetto Nernst ordinario nei cristalli di bismuto elementare in funzione della loro orientazione, fornendo informazioni utili alla progettazione di dispositivi a termopila.
• Film sottili magnetici: Il progetto ha prodotto e caratterizzato con successo film sottili, tra cui film epitassiali di FePt L10 e leghe di CoPd. Per i film in CoPd, sono tate identificate specifiche concentrazioni di cobalto in grado di massimizzare la il coefficiente termoelettrico trasverso e ottimizzare la tensione in assenza di campo magnetico applicato. Questo traguardo apre la strada alla progettazione di sensori termoelettrici planari.

Parallelamente al lavoro sperimentale, il progetto ha raggiunto significativi traguardi teorici per spiegare le origini intrinseche dell'effetto Nernst spontaneo nei ferromagneti a metalli di transizione 3d.

• Utilizzando un approccio basato sull'equazione di trasporto di Boltzmann, è stato dimostrato che il coefficiente di Nernst anomalo è inversamente proporzionale alla costante di tempo di scattering, distinguendosi in modo netto dai materiali con effetto Nernst ordinario.
• Impiegando un modello a due bande validato per metalli come Ferro, Cobalto e Nichel, le scoperte teoriche forniscono metodi pratici e attuabili per ottimizzare l'effetto Nernst spontaneo attraverso il riempimento mirato delle bande (ad esempio tramite drogaggio o creazione di leghe).