L’ attività di ricerca si basa sulla tecnica di Spettroscopia di Risonanza Magnetica mediante Rilevazione Ottica (ODMR) per lo studio dello spin elettronico di difetti e impurezze in materiali otticamente attivi con potenziali applicazioni in tecnologie quantistiche come l'optoelettronica dipendente dallo spin a temperatura ambiente, il quantum sensing e l'amplificazione a microonde mediante emissione stimolata di radiazioni (MASER).

Gli spin degli elettroni dovuti a difetti e impurezze in materiali otticamente attivi possono essere utilizzati come sensori quantistici di quantità fisiche come campi elettrici e magnetici, PH e temperatura. I centri di vacanza-azoto (NV) nel diamante sono attualmente i sensori quantistici più promettenti grazie alla loro grande stabilità e sensibilità, lungo tempo di coerenza di spin e grande contrasto ODMR a temperatura ambiente. Con la scoperta di nuovi sensori quantistici basati su centri di spin a stato solido, la natura dei difetti e delle impurezze rimane in gran parte sconosciuta. Per questo, l’attività è focalizzata sullo studio della natura e delle proprietà magneto-ottiche dei centri di colore dello spin elettronico in nuovi materiali semiconduttori a bassa dimensionlità, e.g. 2D e 0D mediante ODMR. Inoltre, le eccezionali proprietà di rilevamento quantistico dei centri NV nel diamante sono combinate con la spettroscopia ODMR per caratterizzare i difetti di spin e le proprietà magnetiche di nuovi materiali 2D ed esplorare le loro potenziali applicazioni nella spintronica.

La recente scoperta dell’effetto MASER operante a temperatura ambiente nei centri NV del diamante e nel pentacene ha indirizzato la ricerca per le loro applicazioni in una nuova generazione di dispositivi a microonde nel campo della medicina, sicurezza, sensoristica e tecnologie quantistiche, nonché per la comprensione di fenomeni fisici fondamentali. L’attività di ricerca è focalizzata sullo studio di centri NV impiantati in cristalli di diamante mediante diverse condizioni sperimentali e di stati di tripletto nei semiconduttori organici mediante spettroscopia ODMR. Gli studi sono mirati alla comprensione e l'ottimizzazione dei meccanismi responsabili dell'emissione di microonde: livelli di energia degli spin, tempi di coerenza e di rilassamento spin-reticolo, intersystem crossing, simmetria e orientamento dei cristalli. Inoltre, viene studiato il trasferimento di energia dal cristallo alle impurezze con l'obiettivo di diminuire la soglia di pompaggio ottico e ottenere l'effetto MASER sotto eccitazione laser a bassa potenza. Questi studi forniranno approfondimenti sui percorsi di progettazione e realizzazione di MASER efficienti.

Prof. Fabrizio Moro

Laboratorio di Spettroscopia di Risonanza Magnetica mediante Rilevazione Ottica. Edificio U5, Piano Terra, Locale T074

Spettrometro di Risonanza Magnetica mediante Rilevazione Ottica operante in onda continua, a temperature ambiente e in campo magnetico. Versione ODMR in onda pulsate è attualmente in fase di sviluppo.