Attività di Ricerca

Le principali aree di ricerca del laboratorio Nanoscienze (NL) sono la fotonica neuromorfica, la fotonica quantistica integrata, la fotonica lineare e non lineare del silicio, la fotonica non hermitiana e le nanobiotecnologie. La missione del laboratorio NL è di generare nuove conoscenze, sviluppare la comprensione e le applicazioni dei fenomeni fisici associati ai fotoni e alle loro interazioni con la materia, in particolare quando questa è nanostrutturata. Il laboratorio NL mira a comprendere le proprietà ottiche di dispositivi fotonici come guide d'onda, microrisonatori e sistemi dielettrici complessi. NL copre l'intera catena del valore dai fenomeni fondamentali alle applicazioni in dispositivi, dove la piattaforma fotonica è compatibile con le principali tecnologie microelettroniche al silicio. Tuttavia, il silicio non è l'unico materiale studiato. Altri campi di interesse riguardano l'uso della cellulosa per disegnare le proprietà delle nanostrutture atomo per atomo o l'uso di neuroni biologici per studiare come i processi  mentali avvengono, per esempio la memoria. 

Nanofotonica in silicio

La fotonica del silicio è la tecnologia in cui i dispositivi fotonici sono prodotti da processi microelettronici standard utilizzando lo stesso paradigma dell'elettronica: l'integrazione di un gran numero di dispositivi per produrre un'alta complessità del circuito, che permette alte prestazioni e bassi costi. Qui, la strada è sviluppare dispositivi fotonici che possono essere facilmente integrati per migliorare le prestazioni del singolo dispositivo e consentire una produzione ad alto volume. 
Stiamo seguendo tre diverse direzioni di ricerca: Fotonica Quantistica, Fotonica Neuromorfica e Fotonica non Hermitiana. Da un lato, svilupperemo un nuovo schema per implementare l'intelligenza artificiale in un circuito fotonico in silicio utilizzando schemi di calcolo ispirati al cervello o neuromorfici. Dall'altro lato, useremo la fotonica del silicio per fornire una piattaforma adatta al calcolo quantistico e alle simulazioni quantistiche. Infine, useremo la propagazione dissipativa della luce per studiare sistemi non Hermitiani. In tutti questi approcci, un dispositivo fondamentale è il microresonatore dove esistono modi ottici detti di galleria. Le loro non linearità possono essere utilizzate per generare nuovi stati quantici della luce o per realizzare reti neurali ricorrenti. Inoltre, nuovi fenomeni fisici possono essere studiati come, per esempio, la chiralità ottica, i punti eccezionali, la generazione di pettini di frequenza, la generazione di fotoni entangled. Inoltre, le guide d'onda multimodali sono utilizzate per la conversione o la generazione di frequenze non lineari. Infine, vengono sviluppati chip ibridi per interfacciare neuroni con guide d'onda per lo sviluppo di intelligenza artificiale in cui la trasduzione del segnale è ottenuta utilizzando proteine fotosensibili.

Nanomateriali innovativi da risorse naturali

In questa attività di ricerca, impariamo dalla natura come usare molecole e nanostrutture biologiche per costruire materiali funzionali innovativi. L'accento è posto sulla comprensione di come le proprietà dei biosistemi nascano dalle caratteristiche peculiari dei loro elementi costitutivi su scala nanometrica. La natura ci ispira in quanto ha creato un’ampia gamma di strutture complesse basate su architetture gerarchiche per permettere funzionalità specifiche. La possibilità di riciclare gli scarti agroalimentari e trasformarli in materiali a valore aggiunto è l'obiettivo della nostra linea di ricerca: le proprietà dei biocolloidi, le dinamiche alle bio-interfacce, la forza e la stabilità delle strutture naturali sono studiate e le conoscenze acquisite sono utilizzate per realizzare materiali e processi sostenibili e intelligenti.

Membri del gruppo