Nell’ambito del progetto ministeriale “Dipartimenti di Eccellenza”, il DIFI si è proposto di creare un nuovo laboratorio di ricerca integrato denominato DIFILAB, attualmente in fase di allestimento presso il Polo di Valletta Puggia.

DIFILAB si propone di raccogliere e sviluppare le competenze sperimentali, strumentali e teoriche su rivelatori ad altissima sensibilità e nano-materiali per applicazioni bio-medicali.

DIFILAB è quindi il risultato sia dell’integrazione di strumentazione e competenze esistenti sia dell’acquisizione di nuova strumentazione e infrastrutture che verranno messe a disposizione dei ricercatori del DIFI e non solo.

In effetti DIFILAB si propone come un’interfaccia tra DIFI, enti di ricerca (INFN, CNR-IMEM, CNR-SPIN, IIT) e territorio, ed è aperto alla partecipazione di ricercatori di altri dipartimenti affini che vogliano condividere competenze ed apparati sperimentali importanti. Come tale, DIFILAB costituirà terreno fertile per la nascita di nuovi spin-off e start-up con ricadute immediate per il trasferimento tecnologico verso la realtà locale, ad esempio nei settori dei nuovi materiali e applicazioni bio-medicali.

• Attività scientifica
• Articolazione di DIFILAB

Attività scientifica

L’attività scientifica di DIFILAB si articola su

• Sensori di radiazione ad altissima sensibilità e basso rumore. Negli ultimi anni è grandemente cresciuta la domanda di rivelatori di radiazioni ad altissima sensibilità, in particolare di singolo fotone, in ampi settori dello spettro elettromagnetico, e di rivelatori veloci, a grande area e molti pixel, inclusi quelli a stato solido, quali i rivelatori "4D". In particolare, tra le tecnologie che DIFILAB si propone di sviluppare abbiamo
  • Dispositivi a semiconduttore
  • Dispositivi quantistici ibridi
  • Dispositivi a stato solido
• Nanomateriali per applicazioni bio-medicali. La comprensione e il controllo dei processi fisici che avvengono all’interfaccia tra i nano-materiali e l’ambiente biologico sono la chiave di importanti sviluppi tecnologici nel settore della nano-biomedicina, con ricadute sulla teragnostica di patologie neurodegenerative e oncologiche di forte impatto per la società. Tra le attività svolte in DIFILAB abbiamo  
  • Caratterizzazione delle interfacce nano-bio in condizioni fisio-patologiche
  • Diagnostica non invasiva con nano e micro-dispositivi per biosensori intelligenti

Articolazione di DIFILAB

L’attività di DIFILAB si articola in diverse parti:

1. Progettazione e fabbricazione;
2. Caratterizzazione e modellizzazione;
3. Integrazione;
4. Sezione distaccata OARPAF.

Progettazione e fabbricazione

La progettazione di nuovi strumenti e dispositivi si svolge in sinergia con i gruppi teorici e con gli enti di ricerca operanti presso il DIFI. Per la parte di fabbricazione DIFILAB può contare anche sull’ausilio di un’officina meccanica attrezzata. Tra le attrezzature già presenti ricordiamo: un centro misura, una fresatrice 5 assi, una macchina per elettro-erosione a filo, torni a controllo numerico.

Alcune attività specifiche:

• Preparazione di materiali in forma di film sottili o etero-strutture depositati tramite diverse tecniche chimiche o fisiche (superconduttori, materiali quantistici, materiali 2D). Sono già disponibili al DIFI:
  • sistemi di deposizione per ablazione laser di metalli e ossidi;
  • alcuni sistemi di evaporazione.
• Preparazione e mantenimento di colture cellulari neuronali, preparazione di cristalli proteici, di nano-fibre proteiche e membrane bio-mimetiche.
  ​E’ già disponibile al DIFI:
  • un laboratorio chimico e biologico adeguatamente attrezzato.
• Nano-strutturazione di materiali e preparazione di nano-dispositivi (ad esempio a ridotta dimensionalità, quali dispositivi S/N/S, dispositivi nano-elettromeccanici, sensori a singolo fotone).
  Sono già disponibili al DIFI
  • competenze ben stabilite per la nano-strutturazione di tipo bottom-up, per esempio nel campo dei sistemi plasmonici.
  • sarà a disposizione del progetto un sistema di litografia a fascio ionico a doppia colonna (FIB-SEM) operante in una camera pulita di classe ISO6.
  • E’ stato acquistato un Nanofrazor, questo strumento innovativo permette la fabbricazione semplice e veloce di nano-strutture, anche tridimensionali, tramite litografia ‘scanning probe’ .

Caratterizzazione e modellizzazione

Una parte molto rilevante dell’attività di DIFILAB consiste nella caratterizzazione di dispositivi, sensori e materiali per una ricca varietà di applicazioni scientifiche. Sono disponibili al DIFI e saranno messi a disposizione di DIFILAB questi strumenti e infrastrutture:

• un sistema XPS/AES con sorgente monocromatizzata e sistema lead-lock 
• un microscopio a scansione elettronica SEM
• due ellissometri spettroscopici (190-1700 nm)
• due microscopi confocali Raman
• microscopio confocale in fluorescenza a doppio fotone
• spettrofluorimetro e spettrofotometri
• due magnetometri SQUID per misura di proprietà magnetiche
• microscopi AFM e STM in aria, liquido e ultra-alto vuoto e un STM criogenico
• due diffrattometri a raggi X per film e cristalli singoli
• due sistemi per effetto Kerr microscopico
• apparato per misura di correnti ioniche
• un sistema criomagnetico per la misura delle proprietà di trasporto di materiali e dispositivi a bassa temperatura (2-400 K) e in campo magnetico (0-5 T) 
• liquefattori di elio
• camere pulite di livello 1000 e 10000. 

Sono inoltre state acquistate o sono in fase di acquisto ulteriori attrezzature

• Completamento dell’apparato di microscopia con eccitazione a doppio fotone per misure in fluorescenza in super-risoluzione (STED) 
• sistema AFM ad alta risoluzione accoppiabile con un micro-Raman confocale e con un sistema per la microscopia ottica in super-risoluzione (STED), entrambi in dotazione presso il DIFILAB.
• strumentazione per laboratorio di misure di precisione di singolo fotone a largo spettro, dall’IR al DUV per sensori in fisica delle particelle (ad esempio Ring Imaging Cherenkov), per rivelazione di fotoni della radiazione cosmica di fondo e per caratterizzazione di fototubi e silicon photo-multipliers criogenici per fisica del neutrino, ricerche di materia oscura e astrofisica gamma galattica e extragalattica, e di uno spettrometro FTIR.
• sistema crio-magnetico per misure ad alto campo e ultra-bassa temperatura.
• farm di calcolo

Integrazione

Si tratta specificamente delle attività tipiche di interfacciamento di sensori innovativi alla loro elettronica e ai supporti meccanici necessari per il loro assemblaggio e utilizzo. Per tali attività sono già disponibili al DIFI:

• 2 macchine semiautomatiche per wire-bonding; 
• una macchina a raggi X per controllo qualità e una facility per irraggiamento; - una stampante 3D per manufatti plastici di piccole dimensioni. 

Sono inoltre in fase di acquisto

• camera climatica e tavola vibrante per stress-test.
• nuova stampante 3D per la realizzazione di parti meccaniche anche in metalli 
• setup di caratterizzazione di sensori criogenici UV e di fotocamere veloci UV per rivelatori di materia oscura, neutrini e applicazioni biomedicali con argon e xenon liquidi.
  
  Specificamente, per sviluppo ed ottimizzazione di rivelatori basati sulla tecnologia dell’Argon liquido, sarà installato in DIFILAB un grande criostato detto ARTIC. 

OARPAF

L’Osservatorio Astronomico Regionale del Parco dell’Antola a Fascia (OARPAF) è sito in una zona a bassissimo inquinamento ottico nell’Appennino Ligure ed è equipaggiato con un telescopio ottico con specchio primario di 80 cm. 
OARPAF rappresenta una sezione fisicamente distaccata, ma logicamente integrata, di DIFILab.