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È nata da poco, 2Exciting, ma pensa già in grande. Una rete di formazione innovativa per una nuova generazione di scienziati con le più alte competenze nella nano-optoelettronica. Un progetto talmente ambizioso, da aggiudicarsi un budget di 3,92 milioni di euro come “Innovative Training Network” nell’ambito dei progetti Marie Skłodowska-Curie.
Il programma europeo H2020 intitolato alla grande scienziata ha messo in campo diverse azioni di respiro internazionale per sviluppare reti di formazione e programmi di mobilità: gli ITN sono, in particolare, reti innovative per la formazione di una nuova generazione di ricercatori creativi, imprenditoriali e innovatori, in grado di affrontare le sfide attuali e future.
La rete è coordinata da Thomas Heine, professore di Chimica teorica alla TU Dresden, l’università tecnica di Dresda. Ne fanno parte otto gruppi accademici, tra i principali attori europei nel campo dei semiconduttori bidimensionali – conosciuti come 2DS – e otto aziende di alto profilo, per formare con competenze scientifiche e trasversali quindici ricercatori al principio della loro carriera.
Al Politecnico di Milano, il referente del progetto è il professor Christoph Gadermaier, del Dipartimento di Fisica.
Professor Gadermaier, può spiegarci che cos’è la nano-optoelettronica?
L’optoelettronica comprende tutta la tecnologia che combina elettronica e luce, come avviene ad esempio nei display dei nostri telefoni e computer. Nano significa che è costituita da unità di dimensioni che vanno da 1 a 100 nanometri (da un milionesimo a un decimillesimo di millimetro).
Come lavorate su scala così piccola?
L’attuale fabbricazione di dispositivi optoelettronici inizia con un blocco di semiconduttore, che viene scolpito in piccole strutture. La nano-optoelettronica utilizza materiali che forniscono elementi costitutivi di dimensioni nanometriche da zero. A scale così piccole, molte proprietà ottiche ed elettroniche cambiano rispetto a strutture più grandi realizzate con varianti non nano degli stessi materiali.
Il nostro progetto 2Exciting si concentra su una classe di nanomateriali che interagiscono molto fortemente con la luce, il che significa che possiamo ottenere funzionalità optoelettroniche su scala particolarmente ridotta.
Quali sono le sfide attuali della nano-optoelettronica?
Ci sono due problemi energetici associati all’elettronica. Uno è il suo consumo di elettricità in generale, l’altro è che avviene all’interno di dispositivi molto piccoli, il che rende il riscaldamento un limite importante alle loro prestazioni.
Come state affrontando queste sfide?
L’uso della luce al posto dell’elettricità può essere più efficiente dal punto di vista energetico, ed è iniziato decenni fa con le fibre ottiche nei cavi transatlantici, per poi arrivare con le connessioni internet nelle nostre case e dei nostri uffici. Ora lo applichiamo per distanze sempre più piccole, come tra i vari computer all’interno di un data center: ma non finisce qui.
Cosa prevedete per il futuro?
I passaggi successivi saranno la comunicazione ottica tra i chip all’interno di un computer o telefono cellulare e, infine, anche tra i componenti sullo stesso chip. Il ruolo della nano-optoelettronica qui è tradurre un segnale elettronico in un segnale ottico, per poi tornare all’interno di un dispositivo di dimensioni nanometriche.
In cosa sono specializzati i vostri laboratori?
Il nostro gruppo presso il Dipartimento di Fisica studia i processi fondamentali che abilitano quel tipo di dispositivi.
Molti di questi processi sono estremamente veloci, quindi non possiamo misurarli con l’elettronica; ma li misuriamo usando impulsi laser molto brevi con una tecnica che chiamiamo assorbimento transiente ultraveloce, che è una peculiarità dei nostri laboratori.
Sembra un progetto dalle implicazioni molto vaste…
Mentre il nostro progetto si concentra sull’optoelettronica, i processi fisici fondamentali quando un segnale ottico viene convertito in uno elettronico sono in gran parte gli stessi di quando l’energia solare viene convertita in elettricità. Quindi, la rilevanza dei nostri risultati non si fermerà all’elettronica, ma si estende direttamente a ciò che chiamiamo raccolta della luce: fotovoltaico da un lato e fotocatalisi – principalmente produzione di idrogeno verde – dall’altro.
Le parole di Gadermaier ci fanno comprendere come la scienza dell’optoelettronica e dei materiali bidimensionali rappresenti la spina dorsale dell’attuale era di internet, un tassello fondamentale per l’economia e la sicurezza dell’Europa negli anni a venire. Il nostro continente si trova in un’ottima posizione di partenza, ma uno dei rischi è proprio la carenza di ricercatori e sviluppatori altamente qualificati con esperienza specifica in questo campo.
È qui che entra in gioco la rete 2Exciting, opportunità incredibilmente preziosa per formare la prossima generazione di scienziati in un’area così rilevante e strategica. La nuova rete propone un tipo di formazione che unisce competenze scientifiche e competenze complementari: i giovani ricercatori studieranno la fisica fondamentale dell’interazione luce-materia nei 2DS per sviluppare dispositivi optoelettronici innovativi per le telecomunicazioni e le applicazioni tecnologiche di prossima generazione.
Il programma di formazione, che comprende tre scuole invernali e tre eventi satellite, fornisce formazione scientifica e industriale a tutti i ricercatori della rete, con la partecipazione attiva di istruttori dai partner non accademici, sia su questioni tecnologiche che su competenze complementari come il trasferimento di tecnologia, l’imprenditorialità e la divulgazione. Un elemento cruciale dell’esperienza di ogni giovane ricercatore sarà l’opportunità di trascorrere sei mesi di scambio intersettoriale e internazionale.
Una di queste giovani ricercatrici è la spagnola Irantzu Landa Garcia, laureata alla Universitat de Barcelona, appena immatricolata al XXXVI ciclo del Dottorato di Ricerca in Fisica, nell’ambito del progetto 2Exciting.
Quali sono gli obiettivi della tua ricerca, Irantzu?
L’obiettivo principale di questo progetto di ricerca è acquisire una comprensione qualitativamente più approfondita dei processi elettronici dei semiconduttori bidimensionali, con l’obiettivo di sfruttare le proprietà foto-fisiche e optoelettroniche di questi promettenti nuovi materiali per applicazioni tecniche nel campo dell’optoelettronica 2D. In particolare, miriamo a controllare la loro struttura elettronica con mezzi esterni.
Come pensate di farlo?
La ricerca è focalizzata sullo studio del ruolo della deformazione, dei difetti e dell’ambiente dielettrico sulla dinamica elettronica dei materiali. In questo modo, con l’aggiunta del controllo esterno della struttura elettronica, introduciamo uno strumento che potrebbe regolare e migliorare il comportamento optoelettronico dei dispositivi funzionali a semiconduttori bidimensionali.
Cosa ti aspetti da questa tua esperienza in Italia?
Desidero sviluppare la mia carriera personale di ricercatrice, specializzarmi e sviluppare nuove competenze in un campo di ricerca che vuole rispondere a domande che mi interessano realmente. Per questo, portare avanti la mia ricerca qui è un’opportunità straordinaria, visto che mi trovo assieme a ricercatori esperti nel campo che lavorano in un modo straordinario, e dispongono di ottime infrastrutture e laboratori.
E a livello personale?
Sono sicura che svolgere il dottorato all’estero mi regalerà un’esperienza inedita, per la mia ricerca e a livello culturale. Nuove prospettive e visioni del mondo, che possono essere davvero positive, sia dal punto di vista della mia carriera che da quello personale.
