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PROGRAMMA DI RICERCA 2007

italiano - english
Unità di Ricerca
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Parole Chiave
NANOSTRUTTURE MAGNETICHE MULTIFUNZIONALI, ACCOPPIAMENTO DI EFFETTI MAGNETORESISTIVI E MAGNETOSTRITTIVI, SENSORI MICROELETTROMECCANICI, INTERAZIONI MAGNETICHE IN SISTEMI DISORDINATI, STUDI COMPUTAZIONALI

Nanostrutture Magnetiche con Coesistenza di Proprietà Magnetoresistive e Magnetostrittive

Università degli Studi di Napoli "Federico II"
Abstract
La multi-funzionalità sta diventando un requisito fondamentale dei materiali innovativi a causa della richiesta di prestazioni sempre più spinte e della estensione delle applicazioni in campi alquanto differenti. In particolare, i recenti sviluppi hanno portato alla concomitanza delle seguenti favorevoli circostanze:
- Miglioramenti delle metodologie per la produzione di nanostrutture magnetiche che hanno permesso di estendere l’intervallo di composizioni e configurazioni realizzabili, spaziando da materiali nano-granulari ad aggregati di nano-particelle con differente densità, in forma di materiale bulk, di film o di multistrati.
- Importanti e recenti progressi nei campi della Magnetoresistenza Gigante (GMR), Magnetoresistenza Tunnel (TMR), e micro-dispositivi collegati
- Studi pionieristici sull’accoppiamento tra gli effetti magnetoresistivo e magnetostrittivo nello stesso sistema nano composito. Le prime analisi hanno evidenziato un fattore di accoppiamento competitivo in confronto agli estensimetri piezoelettrici, ma contemporaneamente hanno anche sottolineato i grandi miglioramenti potenziali che possono essere previsti nelle prestazioni come conseguenza di una migliore ottimizzazione della configurazione e della composizione nano-strutturale.
-Consistenza e complementarietà delle competenze presenti nei laboratori partecipanti al progetto, per quanto riguarda le capacità di produzione con metodologie differenziate, la completezza delle >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Giovanni Ausanio Università degli Studi di NAPOLI "Federico II"
Obiettivo del Programma di Ricerca
I- Avanzamento nella conoscenza dell’accoppiamento tra effetto magnetoresistivo e magnetostrittivo fornendo una interpretazione completa dell’interazione MR-MS, valida per svariate condizioni microstrutturali: materiali nanogranulari continui, sistemi nanogranulari ottenuti tramite deposizione incompleta di film, aggregati di nanoparticelle separate in forma di film o bulk, multistrati “spin-valve” e “cantilever” MR/MS
II- Nuovi sistemi nanostrutturati MR-MS esibenti un valore di guadagno nell’accoppiamento (gauge factor) competitivo nei confronti dell’attuale stato dell’arte o che offrono soluzioni più facili, o più efficaci, relativamente a peculiari applicazioni
III- Prototipi di laboratorio di sensori di micro deformazioni, precursori potenziali di punte per scanner di microscopi o dispositivi MEMS
IV- Consolidamento di competenze Italiane nel campo delle nanostrutture magnetiche in vista di ulteriori azione scientifiche comuni ad elevato impatto tecnologico.

Risultati parziali attesi
I risultati del progetto possono dare risposta a diverse e importante domande fondamentali:
a- Può un film nano-granulare essere sostituito da un analogo film di nano-particelle con risultati competitivi relativamente all’accoppiamento MR-MS?
b-Ai fini dell’accoppiamento MR-MS è più efficace un sistema in configurazione spin-valve o un multistrato cantilever standard?
c- Per raggiungere un elevato fattore di accoppiamento e guadagno sperimentale (gauge factor) è meglio utilizzare un materiale ottimo conduttore e magneticamente soft (FeSiB) con una mediocre magnetostrizione, o un materiale mediocre dal punto di vista conduttivo e magnetico ma con elevata magnetostrizione (TerfenolFe) ?
d- E’ possibile migliorare le prestazioni MR-MS di un sistema Spin-Valve usando la TMR invece che l’effetto GMR?

La soluzione delle suddette questioni aperte passerà attraverso non banali evoluzioni del modello teorico delle proprietà di trasporto in nanostrutture complesse e disordinate, completato dalle loro relazioni con interazioni magnetoelastiche. Pertanto è atteso un importante contributo alla conoscenza di base.
D’altra parte, una moltitudine di nuovi nano-compositi magnetici sarà prodotta nell’ambito della attività sperimentale pianificata ed in particolare innovativi cantilever tri-strato MR/MS/substrato elastico, nuovi sistemi GMR/MS o TMR/MS e nuovi materiali bulk nanostrutturati MR/MS. Poiché tali nanostrutture innovative dovranno >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
Al fine di delineare lo stato dell’arte nel campo delle nanostrutture magnetiche con coesistenza di effetti magnetoresistivo (MR) e magnetostrittivo (MS), i seguenti basilari punti di partenza devono essere considerati:

1-Stato dello sviluppo dei materiali MR e loro applicazione

2- Stato dello sviluppo dei materiali MS e loro applicazione

3-Confronto tra le attuali prestazioni dei materiali nanostrutturati nei quali l’accoppiamento MR-MS è già stato investigato e i miglioramenti potenziali attesi

4-Avanzamenti recenti nelle tecniche di produzione per ottenere svariate nanostrutture MR-MS, con conseguenti differenti interazioni fisiche collegate, e rilevanza delle competenze specifiche delle unità partecipanti

Andando ad affrontare nel dettaglio i punti sopraelencati:

1- Materiali magnetici nanogranulari, nei quali una distribuzione di particelle ferromagnetiche (FM) è inglobata in una matrice non magnetica (diamagnetica o paramagnetica), rappresentano l’oggetto di una intensa attività di ricerca in quanto le loro proprietà magnetiche e di magneto-trasporto hanno importanti ricadute tecnologiche [1]. Esempi applicativi sono i sistemi particolati per registrazione magnetica e materiali nanogranulari per testine di lettura e sensori magnetici. Questi materiali forniscono anche sistemi utili per lo studio delle proprietà di base delle nanoparticelle magnetiche, in particolare relativamente >>>