BANDO FIRB - PROGRAMMA "FUTURO IN RICERCA“ Anno 2008
Protocollo: RBFR08WT73
Linea di Intervento 1
Sviluppo di tecniche innovative per la fabbricazione di
nanofili superconduttivi e caratterizzazione delle relative
proprietà strutturali, magnetiche ed elettriche
Dati generali
Tipologia del Progetto: BANDO FIRB - PROGRAMMA "FUTURO IN RICERCA“
Anno 2008 – Linea di Intervento 1
Coordinatrice del Progetto: Valentina Corato
Ricercatrice t.d. presso ENEA Frascati, ROMA
Durata del Progetto: 36 mesi
Unità Operative: 1 – ENEA Frascati, Roma
( Divisione Superconduttività +
Laboratorio per il Progetto Hydrogen and Fuel Cells )
2 – CNR IMM Bologna (V. Morandi)
Partner esterni: CNR ICB Pozzuoli
Costo totale del Progetto: 1335000 euro
Finanziamento richiesto al MIUR: 760000 euro
250000 euro per contratti giovani ricercatori
Costo totale dell’Unità Operativa c/o IMM-BO: 340000 euro
Finanziamento richiesto al MIUR per Unità Operativa c/o IMM-BO: 240000 euro
Descrizione complessiva del progetto
Il progetto di ricerca ha l'obiettivo di produrre fili di diametro nanometrico con
materiale superconduttore e di caratterizzarne le proprietà strutturali, elettriche e
magnetiche con un'ampia gamma di tecniche diagnostiche, andando a studiare un
campo della fisica dei solidi poco esplorato e potenzialmente in grado di
presentare fenomeni rilevanti, sia da un punto di vista teorico che per le applicazioni
nell'ambito dell'elettronica, dei rivelatori e dei bolometri superconduttivi.
1. produzione di nanofili di materiale superconduttivo - MgB2, Pb, Nb - tramite elettrosintesi ed
elettrodeposizione, e deposizione per sputtering dc su matrici litografate con il microscopio
a forza atomica (AFM).
2. caratterizzazione morfologica di cluster e di singoli nanofili tramite SEM e AFM per la
messa a punto dei processi di sintesi.
3. analisi microstrutturale, microanalitica e composizionale tramite HREM, Nanodiffrazione, e
Contrasto Z, EDX ed EELS al TEM e al SEM.
4. caratterizzazione magnetica in funzione della temperatura e del campo magnetico applicato
tramite un magnetometro a campione vibrante (VSM).
5. misure di trasporto in funzione della temperatura e del campo magnetico esterno.
6. studio di fattibilità per una possibile applicazione dei nanofili superconduttivi nei campi
biomedicale, sensoristico o per sistemi di rilevamento.
Risultati attesi complessivi del progetto
1. produzione di campioni di nanofili in MgB2, piombo e niobio con la corretta
composizione e stechiometria (assenza di ossidi e fasi spurie) e struttura
cristallografica uniforme;
2. sviluppo di protocolli sperimentali volti al controllo della dimensione dei
diametri dei nanofili e del rapporto lunghezza/diametro;
3. osservazione delle transizioni di fase superconduttiva in funzione delle
dimensioni dei nanofili e della composizione degli elettrodi e della loro
resistenza nello stato normale (RN);
4. osservazione degli effetti di "Phase slip" dovuti ad attivazione termica o a
tunneling quantistico macroscopico e confronto con i modelli teorici esistenti
in letteratura;
5. implementazione di sensori basati su nanofili.
Gantt
Dati Unità di Ricerca IMM-Bologna
Coordinatore dell’Unità di Ricerca : Vittorio Morandi
Durata dell’attività dell’Unità di Ricerca : 36 mesi
Personale di Staff coinvolto: V. Morandi – 26 mesi uomo
Personale a Contratto: 1 Assegnista di Ricerca – 3 anni
Costo totale dell’Unità di Ricerca: 340000 euro
Cofinanziamento CNR: 100000 euro
Finanziamento richiesto al MIUR per Unità di Ricerca : 240000 euro
Incidenza del costo dell’Unità di Ricerca sul totale del Progetto: 25 %
Strumentazione che si prevede di acquistare: Sistema di Imaging Plates per TEM
Costo stimato: 70000 euro
Percentuale di ricaduta sul Progetto: 85 %  60000 euro
Compiti dell’Unità di Ricerca IMM-Bologna
Lo scopo finale dell'Unita' di Ricerca e' quello di caratterizzare, attraverso le diverse
e complementari tecniche di microscopia elettronica che possono essere messe
a disposizione, i materiali superconduttivi - MgB2, Nb e Pb - sia nella forma
preliminare di film sottili che in quella finale di nanofili.
1. Caratterizzazione dei film sottili tramite HREM e Diffrazione Elettronica : step preliminare
per guidare i processi tecnologici di realizzazione dei nanowires, ottimizzando il rendimento
dei materiali in base alle loro caratteristiche strutturali e composizionali (composizione,
uniformita' e dimensione degli strati, fasi cristallografiche, dimensioni dei cristalli e strain dei
reticoli).
2. Caratterizzazione TEM dei nanowires volta allo studio delle proprieta' strutturali per
l’ottimizzazione dei processi di sintesi e crescita (grado di cristallinita', l'uniformita' della
composizione delle nanostrutture, misure delle dimensioni laterali e degli spessori,
determinazione della forma, della dimensione e dell'orientazione cristallografica dei nanofili.
3. Caratterizzazione SEM – imaging e micoranalisi - dei nanowires volta allo studio delle
proprieta' morfologiche e composizionali per l'ottimizzazione dei parametri di processo.
4. Analisi composizionale qualitativa e quantitativa dei nanofili tramite tecniche di imaging in
Contrasto Z e tecniche spettroscopiche (EDX ed EELS).
5. Analisi complementari con tecniche interferometriche, in particolare olografia elettronica,
per la verifica della presenza e la misura di microcampi elettrici e magnetici.