Dipartimento di Afferenza: Scienze fisiche e tecnologie della materia

Progetto di riferimento: Ottica, Fotonica e Plasmi

Elenco attività: a) un FIRB per la realizzazione di un laser ad elettroni liberi per la produzione di radiazione coerente (SPARX)- per le attività, consultare i moduli. b) Altre attività: Studio di nuovi materiali e dispositivi di interesse nel campo delle energie rinnovabili e a basso impatto ambientale. Studi strutturali e morfologici di materiali nanostrutturati.

La commessa riguarda una serie di attività sullo sviluppo di sorgenti e sulla loro interazione con la materia. In particolare vengono studiati effetti legati alla coerenza della luce e alla manipolazione ottica, con applicazioni che vanno da spettrometri, a magnetometri, a nanostrutture, all'analisi di tracce.

La commessa organizza attività di ricerca scientifica e tecnologica orientate allo sviluppo di metodologie, software e sistemi ottici per applicazioni metrologiche con importanti ricadute in settori applicativi strategici quali: avionica, manufacturing, medicina, robotica, sicurezza e Beni Culturali. Le linee di attività sono suddivise in due moduli, dei quali il primo contiene quelle connesse alla diagnostica ottica ed altre applicazioni nel settore dei Beni Culturali, mentre il secondo include quelle relative agli altri campi di applicazione. Tale suddivisione, introdotta per chiarezza amministrativa, non rispecchia una frattura nel gruppo di ricerca, né evidenzia divisioni geografiche. Tutte le attività si svolgono infatti in una collaborazione integrata tra la sede di Firenze e le UOS coinvolte. Le attività della commessa sono svolte anche attraverso collaborazioni, nazionali ed internazionali, con università, enti di ricerca, imprese e soprintendenze. Il finanziamento di tutte le attività avviene attraverso la partecipazione o il coordinamento di progetti di ricerca nazionali ed internazionali.

Progetto di sistemi e componenti per l'illuminazione, nelle applicazioni industriali e biomedicali. Progettazione ottica, sviluppo e verifica di sistemi di controllo tramite tecniche di metrologia ottica. Studio di sistemi per la concentrazione e lo sfruttamento della luce solare tramite lo sviluppo di singoli componenti o la progettazione di centrali solari a specchi multipli . Nel settore delle misure è attivo il Laboratorio di Fotometria ed Illuminotecnica, che è stato accreditato ISO9001 e che è in grado di eseguire un set di misure la cui procedura è standardizzata e protocollata. Il Laboratorio di Ergonomia della Visione invece esegue studi e misure psicofisiche sulla discriminazione cromatica. E' attiva anche una ricerca nel campo della sensoristica applicata alla vulcanologia. Le attività della commessa sono completate da un modulo che comprende il centro LAT n°130, per la valutazione della planarità di superfici piane secondo la norma UNI CEI EN ISO/IEC 17025:2005, e le attività di studio e la realizzazione di risonatori ottici per laser e di dispositivi ottici per il trattamento di fasci laser.

La commessa è finalizzata allo sviluppo di tecniche interferometriche e di microscopia per studiare proprietà fisiche di materiali, caratterizzare dispositivi, analizzare processi dinamici ed infine per litografia di geometrie complesse 1D e 2D. Infatti le tecniche interferometriche sono già strumenti essenziali per caratterizzazioni ad alta sensibilità ed accuratezza in molti settori ad elevato contenuto tecnologico (biotecnologie, ottica non lineare, optoelettronica, imaging, sistemi opto/microfludici), ma le rapide evoluzioni in questi settori richiedono un loro continuo adattamento flessibile ai nuovi materiali, componenti e dispositivi oltre che il miglioramento delle prestazioni (es. super-risoluzione). Sono attive linee di ricerca per lo sviluppo e caratterizzazione di sorgenti laser tra le quali una sorgente laser altamente stabile per applicazioni nel campo dei rivelatori di onde gravitazionali (DUAL-RD-INFN) e sorgenti nell'UV attraverso processi nonlineari in cristalli ferroelettrici. Si svolgono attività per il controllo e la sincronizzazione in diversi sistemi complessi (laser CO2) che simulano oscillatori nonlineari forzati oppure la dinamica di sistemi eccitabili.

La commessa è finalizzata allo sviluppo di tecniche interferometriche per studiare proprietà fisiche di materiali, caratterizzare dispositivi, analizzare processi dinamici ed infine per litografia di geometrie complesse 1D e 2D. Infatti le tecniche interferometriche sono già strumenti essenziali per caratterizzazioni ad alta sensibilità ed accuratezza in molti settori ad elevato contenuto tecnologico (ottica integrata, biotecnologie, ottica non lineare, ottica quantistica, micro- e opto-elettronica, homeland-security, sensoristica, imaging), ma le rapide evoluzioni in questi settori richiedono un loro continuo adattamento flessibile ai nuovi materiali, componenti e dispositivi oltre che il miglioramento delle prestazioni (es. super-risoluzione). In parallelo é necessario complementare l’interferometria con metodi di microscopia a scansione di sonda (SPM) con l’obiettivo di coniugare l’elevata risoluzione spaziale di questi con la vantaggiosa visualizzazione a pieno-campo tipica delle tecniche di microscopia interferometrica. Ciò è di particolare rilevanza per caratterizzazioni affidabili di strutture sub- e micro-metriche che sono alla base dei suddetti dispositivi

La commessa si identifica sostanzialmente con le attività del centro BEC, nato a Trento nel 2002 come centro di ricerca e sviluppo INFM, poi confluito nel CNR. Lo scopo del centro è quello di promuovere la ricerca nel settore della condensazione di Bose-Einstein e della fisica degli atomi ultrafreddi. Tale settore ha avuto un enorme impulso nel 1995 dalla prima osservazione di un condensato di Bose-Einstein con gas ultrafreddi in trappole magnetiche ed è tuttora in forte crescita. Si tratta di un settore assai interdisciplinare, tra fisica atomica e molecolare, ottica quantistica, meccanica statistica, e fisica della materia condensata. Il centro BEC di Trento ha acquisito in questi anni un ruolo di leadership internazionale nello studio teorico di tali sistemi. Rispetto alle finalità iniziali, si prevede: l'applicazione di competenze teoriche già esistenti a tematiche nuove, che riflettono gli sviluppi più recenti del settore; l'acquisizione di nuove competenze su tematiche alla frontiera tra fisica atomica, fisica dei dispositivi a stato solido, ottica quantistica e informazione quantistica; l'avvio di un laboratorio di fisica sperimentale dedicato agli atomi ultrafreddi.

La commessa raccoglie l'attività sperimentale del CRS-BEC, svolta in prevalenza presso il LENS di Firenze e presso l'Università di Pisa. La commessa comprende l'attività di 4 gruppi sperimentali in cui è coinvolto personale dipendente, più un quinto gruppo che comprende personale universitario associato. Gli esperimenti inquadrati nella commessa sono attivi nel campo degli atomi ultrafreddi e dei gas quantistici degeneri. Si propone la creazione di un nuovo modulo, che raccolga l'attività del gruppo di Ottica dei sistemi complessi, operante al LENS di Firenze, la cui ricerca riguarda il trasporto di onde coerenti in sistemi disordinati.

La Commessa "Fotonica degli Alti Campi" integra le attività di ricerca e sviluppo finalizzate alle applicazioni dei laser di altissima potenza nei settori della fusione laser, delle sorgenti di raggi X e delle nuove tecniche di accelerazione di particelle. Si prevedono anche studi pilota finalizzati alla sintesi di nanoparticelle tramite ablazione laser. Nell'ambito della commessa sono attivi progetti di ricerca finanziati da organismi nazionali ed internazionali dedicati a) alla realizzazione di nuovi schemi di accelerazione di particelle e generazione di radiazione X e b) alla messa a punto di sistemi diagnostici basati su spettroscopia e analisi di immagini di interesse per la fusione a confinamento inerziale. Tra i principali progetti attivi vanno citati i progetti di grande infrastruttura laser FP7 denominati HiPER ed ELI, la joint research activity HAPPIE-LASERLAB,il FIRB-Futuro in Ricerca "SULDIS", il progetto PLASMON-X. Va segnalata anche la partecipazione all'azione COST-ESF MP0601 "Short Wavelength Laboratory Sources".

Progetto di riferimento: Nanoscienze e nanotecnologie

L'attività di ricerca prevista mira all'esplorare fenomeni fisici fondamentali alla base del funzionamento degli emettitori intersubbanda mediante realizzazione di dispositivi quantistici avanzati, set-up innovativi basati su tecniche ottiche non lineari e nuovi modelli interpretativi di fenomeni complessi. In aggiunta, attraverso un'innovativa ricerca concentrata su aspetti fondamentali e applicativi legati al design quantistico e all'implementazione di laser a cascata quantica (QCL) operanti nel THz, la ricerca prospetta lo sviluppo di una nuova generazione di sorgenti QCLs a grandi lunghezze d'onda mirando alla più estesa diffusione delle stesse nell'ambito dell'attuale piattaforma europea di Fotonica. La ricerca si propone di esplorare nuovi approcci scientifici per l'ottimizzazione delle performance, la funzionalità, la stabilizzazione e l'integrazione con nuova componentistica ottica (guide d'onda ad alta efficienza e rivelatori nano strutturati) di sorgenti THz compatte a semiconduttore attraverso una collaborazione scientifica estesa ad una vasta gamma di discipline tra le quali: nano-fabbricazione avanzata, spettroscopia ultrafast, metrologia, imaging olografico, ottica.