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Scienze  Fisiche  e  Tecnologie  della  Materia

4.   Gli  obiettivi  scientifici

4.5.   Scienze  Fisiche  e  Tecnologie  della  Materia

4.5. Scienze  Fisiche  e  Tecnologie  della  Materia  

   

Stato  di  Attuazione  delle  attività  relative  all’anno  precedente  

Il   Dipartimento   di   Scienze   Fisiche   e   Tecnologie   della   Materia   (DSFTM),   nel   seguito   denominato   il   Dipartimento,   deriva   dal   soppresso   Dipartimento   Materiali   e   Dispositivi   (DMD)   ed   ha   12   Istituti   afferenti  (IBF,  ICIB,  IFN,  INO,  IMIP,  IMM,  IOM,  IPCF,  ISC,  ISM,  NANO,  SPIN)  per  un  totale  di  circa  780   ricercatori   e   tecnologi   e   270   tecnici–amministrativi.   Gli   Istituti   vedono   anche   la   presenza   attiva   di   altrettanto   personale   associato,   che   rappresenta   un   importante   valore   aggiunto   sia   in   termini   di   competenze  che  di  sinergie  strategiche  con  le  Università.  Questo  patrimonio  di  personale  impegnato   in   ricerca,   con   una   varietà   di   competenze   sinergiche   consente   al   Dipartimento   di   contribuire   efficacemente   alla   realizzazione   della   Missione   del   CNR   sia   nello   sviluppo   di   conoscenza   che   nella   produzione   di   valore   attraverso   la   promozione   dell'innovazione   e   della   competitività   del   sistema   produttivo.  

L’ampio   ventaglio   di   competenze   di   seguito   descritto   e   la   rilevante   concentrazione   di   strumentazione   avanzata   ed   innovativa   esistente   presso   gli   Istituti,   sono   alla   base   dell’importante   ruolo  di  cerniera  che  il  DFSTM  svolge  verso  i  settori  più  dinamici  del  mondo  universitario  (associati   CNR   attraverso   gli   Istituti   del   Dipartimento)   ed   il   mondo   dell’industria,   soprattutto   ad   alta   tecnologia.    

La   sinergia   con   le   Università   è   stata   ulteriormente   rafforzata   dall’accorpamento   (nel   2005,   completata  nel  2010)  dell’Istituto  Nazionale  di  Fisica  della  Materia  e  dell’Istituto  Nazionale  di  Ottica   Applicata;   questa   sinergia   sarà   ulteriormente   potenziata   nel   futuro   incoraggiando   i   ricercatori   del   DFSTM  a  svolgere  un  ruolo  attivo  anche  nell’alta  formazione.    

La   sinergia   col   mondo   della   produzione,   in   alcuni   casi   facilitata   dalla   presenza   di   laboratori   CNR   presso   realtà   industriali,   o   viceversa,   ha   reso   possibili   azioni   di   successo   in   progetti   strategici   ed   azioni  di  trasferimento  tecnologico  che  rimangono  un  tratto  caratterizzante  nelle  linee  di  sviluppo   del  DFSTM.    

A  dimostrazione  del  successo  di  questa  strategia  basata  su  una  forte  integrazione  con  realtà  diverse,   si   consideri   che,   nonostante   la   continua   riduzione   del   Finanziamento   Ordinario   (di   oltre   il   50%   nell’ultimo   triennio),   si   è   assistito   ad   un   drastico   incremento   delle   risorse   da   Fonti   esterne,   provenienti   in   special   modo   da   Progetti   finanziati   da   Ministeri   o   dalla   UE,   con   un   “fattore   di   amplificazione”  del  fondo  ordinario  di  oltre  sei  volte.    

Le  scelte  programmatiche  del  Dipartimento  

Il  Dipartimento  intende  contribuire  efficacemente  allo  sviluppo  della  ricerca  di  base  nel  campo  della   Fisica   della   Materia   e   della   ricerca     nel   campo   della   Scienza   e   Tecnologia   dei   Materiali   con   le   sue   possibili  applicazioni,  valorizzando  il  vasto  spettro  di  competenze  che  sono  presenti  al  suo  interno,   svolgendo   attività   con   carattere   di   ricerca   libera   e   di   base   (indirizzata   quindi   ad   ampliare   la   frontiera   delle   conoscenze),   indagini   fortemente   applicative,   con   ricadute   nel   mondo   industriale   e  

produttivo,  e  sviluppo  di  strumentazione  innovativa  che  ampli  le  capacità  di  indagine  sperimentale.  

La   combinazione   di   ricerca   di   frontiera,   multidisciplinarietà   di   approccio   e   focalizzazione   verso   l’effettivo   sviluppo   di   applicazioni   offre   spesso   importanti   risposte   alle   grandi   sfide   per   il   rilancio  

della   competitività.   Queste   competenze   tradizionalmente   garantiscono   grandi   capacità   di  

immaginare,  progettare  e  realizzare  nuovi  materiali,  dispositivi  e  sensori,  nuova  strumentazione  e,  più  

in  generale,  nuovi  approcci  di  supporto  alle  sfide  che  la  contemporaneità  propone  alle  aziende  a  più  

alta  tecnologia  e  alla  società  in  generale.    

 

Obiettivi  Generali  e  strategici  da  conseguire  nel  Triennio  

Sulla   base   delle   attuali   capacità,   in   termini   di   personale,   competenze   e   attrezzature,   che   risiedono   negli   Istituti   afferenti   e   presso   le   grandi   infrastrutture   di   ricerca   nazionali   ed   internazionali,   il   Dipartimento   si   propone   come   Struttura   di   riferimento,   a   partire   dalla   scala   nazionale,   per   lo   sviluppo   dei   temi   dell’Ottica,   della   Fisica   Atomica   e   Molecolare,   della   Materia   Condensata,   dei  

Biomateriali,  dei  Sistemi  complessi,  della  Biofisica  e  Materia  Soffice  e  della  Scienza  dei  Materiali,  con  

particolare  focalizzazione  nello  sviluppo  di  Materiali  avanzati  e  nella  progettazione  e  costruzione  di  

dispositivi,  sensori  e  strumentazione.    

Il  Dipartimento  opera  soprattutto  per  la  promozione  di  queste  tematiche,  che  si  sovrappongono  alle   cosiddette   Key   Enabling   Technologies   (KETS)   di   Horizon   2020   su   scala   europea,   favorendo   aggregazioni   e   sinergie   con   Istituzioni,   Gruppi   ed   Aziende   Internazionali,   con   la   finalità   di   creare  

nuova   Progettualità   Europea   ed   Internazionale   e   nuove   Infrastrutture   di   Ricerca   e   di   favorire   un  

appropriato   e   congruo   utilizzo   di   quelle   già   esistenti.   La   mobilità   e   la   formazione   di   personale   di   ricerca,   su   scala   italiana   ed   internazionale,   sarà   promossa   dal   Dipartimento,   per   il   costante   rafforzamento  ed  aggiornamento  delle  Competenze,  anche  attraverso  l’organizzazione  di  Scuole  per   giovani   ricercatori,   la   promozione   di   Scuole   di   Dottorato   in   collaborazione   con   le   Università,   l’organizzazione   o   sponsorizzazione   di   Workshop   tematici   e   Conferenze   internazionali   per   la   promozione   dell’eccellenza   scientifica   e   tecnologica   e   infine   la   creazione   di   Corsi   formativi   di   alto  

alimentare,   Scienze   della   Vita,   Comunicazioni   ed   elaborazione   ed   immagazzinamento   della   Informazione,  Conservazione  e  valorizzazione  dei  Beni  Culturali,  Energia,  Trasporti.  

In   questi   settori,   e   sulla   base   delle   proprie   competenze,   il   Dipartimento   ha   tra   i   suoi   principali   Obiettivi   lo   sviluppo   di   Tecnologie   Innovative.   A   questo   scopo,   il   Dipartimento   si   conferma,   data   anche   la   distribuzione   territoriale   del   CNR,   come   riferimento   nazionale,   relativamente   ai   propri   settori  di  competenza,  di  una  Rete  formata  in  special  modo  da  Enti  di  Ricerca,  Università  ed  Imprese,   per   la   definizione   di   Tematiche   strategiche   nazionali,   per   lo   sviluppo   di   una   efficace   Progettualità   congiunta   su   scala   internazionale   e   per   un   efficiente   trasferimento   di   Tecnologie   e   Competenze   al   settore   Produttivo.   In   particolare,   il   DSFTM   ha   obiettivo   essenziale   di   trasferire   i   risultati   della   ricerca   sui   materiali   e   nei   processi   innovativi   in   concreti   avanzamenti   tecnologici,   attraverso   la   realizzazione  di  prototipi  di  dispositivi  e  la  collaborazione  con  l’Industria  Nazionale.  

Inoltre  la  capacità  di  progettare  e  realizzare  nuova  strumentazione  e  sviluppare  nuove  metodologie   e   processi   rappresenta   una   competenza   ad   alto   valore   aggiunto,   in   quanto   le   ricadute   di   questi   “nuovi”   strumenti,   metodologie   e   processi   investono   un   ampio   spettro   di   discipline   che   si   estende   dalla  chimica,  alle  discipline  umanistiche.  

 

Le  opportunità  di  collaborazione  

La   capacità   di   collegare   la   ricerca   di   base   al   tessuto   produttivo   e   la   ricchezza   di   infrastrutture   e   conoscenze  permette  al  DSFTM  di  ampliare  continuamente  le  sue  opportunità  di  collaborazione.  Ad   esempio,  le  strumentazioni  di  cui  sono  dotate  le  strutture  di  ricerca  del  DFSTM  permettono  la  sintesi   di   materiali   innovativi,   la   corrispondente   caratterizzazione   avanzata,   il   nano–processing   e   la   simulazione  mediante  parallel–computing.    

Vi  sono  diversi  esempi  di  Laboratori  congiunti,  tra  questi,  a  titolo  di  esempio,  si  cita  quello  tra  Italia   e   Israele,   il   Joint   Laboratory   tra   lo   European   Laboratory   for   Non–linear   Spectroscopy   (LENS)   ed   il   Weizmann  Institute  of  Science,  creato  per  la  ricerca  nei  settori  della  nanofotonica,  delle  tecnologie   quantistiche   basate   su   atomi   degeneri   e   della   biofisica.   Oppure,   ancora,   il   laboratorio   congiunto   dedicato  alle  neuroscienze,  nato  dalla  collaborazione  tra  l’Istituto  dei  Sistemi  Complessi  di  Roma  e   l’Università   di   Tel   Aviv   che   si   avvale   di   ulteriori   collaborazioni   internazionali   (Salk   Institute   e   Institute   of   Nonlinear   Science,   UCSD   San   Diego).   Si   citano,   infine,   le   diverse   iniziative   pubblico– private  che  impegnano  il  DSFTM  nel  campo  della  nanoelettronica,  dell’energia,  e  della  sensoristica   per   Health   Care   nell’ambito   dei   Distretti   Tecnologici   “Sicilia   Micro–   Nanosistemi”   e   DHiTech,   e   la   sinergia  con  Università,  strutture  di  ricerca  di  altri  ministeri  ed  Industria  per  lo  sviluppo  di  progetti   e  laboratori  congiunti,  come  nel  caso  del  Polo  scientifico  di  Lecco.  

Oltre  alle  collaborazioni  con  realtà  esterne  all’Ente,  il  DSFTM,  agendo  nel  campo  della  Scienza  e  della   Tecnologia  dei  Materiali  ha  sviluppato  una  rete  di  collaborazioni  con  gli  altri  Dipartimenti  dell’ente   ed   in   particolare   si   trova   in   forte   sinergia   con   il   DSCTM,   come   mostrato   dalla   partecipazione   congiunta   alla   Flagship   “Graphene–Driven   Revolutions   in   ICT   and   Beyond”   (GRAPHENE),   a   diversi   PON  e  Progetti  Premiali.  

 

La  pianificazione  per  l’acquisizione  di  risorse  esterne  

Il  contributo  della  rete  scientifica  del  Dipartimento  al  progresso  scientifico  e  tecnologico  del  Paese  è   significativo  in  tutti  i  settori  di  competenza,  sia  in  campo  accademico  che  pubblico  ed  industriale,  a   livello  nazionale  ed  internazionale.    

In  generale,  le  attività  scientifiche  sono  concepite  in  modo  da  creare  un  continuum  fra  la  fisica  della   materia,   la   scienza   dei   materiali   e   la   tecnologia   dei   dispositivi   al   fine   di   ridurre   i   tempi   di   trasferimento   dalla   ricerca   alle   applicazioni   di   mercato.   Le   sinergie   con   università   e   mondo   produttivo   potranno   essere   accresciute   attraverso   grandi   Progetti   congiunti   (ad   es.   PON,   PON– Cluster,  Progetti  integrati  europei,..)  ma  anche  realtà  consortili  (come  i  Distretti),  su  scala  regionale,   nazionale  ed  europea.    

Strumenti   strategici   di   collaborazione   sono:   partecipazioni   societarie,   spin–off,   accordi   quadro,   quale  quelli  stipulati  di  recente  con  il  CNISM,  il  Consorzio  Nazionale  Interuniversitario  per  le  Scienze   Fisiche  della  Materia,  e  Elettra-­‐Sincrotrone  Trieste,  protocolli  di  intesa,  convenzioni,  collaborazioni   con   Università,   Fondazioni   e   con   strutture   pubbliche   e   private   nazionali   (Ministeri   e   altri   Enti   Pubblici   di   Ricerca)   e   locali   (Regioni   e   Province)   al   fine   di   creare   sinergie   grazie   alla   complementarietà  delle  conoscenze  e  delle  facilities  tecnologiche.    

Inoltre,  molteplici  sono  le  collaborazioni  in  atto,  tra  cui  quelle  con  il  Dipartimento  della  Protezione   Civile,   con   Finmeccanica,   con   i   Raggruppamenti   di   Imprese   e   Associazioni   Industriali.   In   collaborazione   con   AIRI/Nanotec   IT   –   Associazione   Italiana   per   la   Ricerca   Industriale/Centro   Italiano   per   le   Nanotecnologie,   Veneto   Nanotech,   e   l'Istituto   per   il   Commercio   Estero,   questo   Dipartimento   partecipa   ogni   anno,   insieme   a   quello   di   Scienze   Chimiche,   all’organizzazione   della   Conferenza  internazionale  NanotechItaly.  

Nell’ambito   dell’acquisizione   di   risorse   attraverso   le   call   Europee   (Horizon   2020),   e   Nazionali,   va     sottolineato     che   la   capacità   di   attrarre   tale   risorse   potrebbe   venire   fortemente   limitata   da   un   ulteriore  riduzione  del  finanziamento  ordinario,  che    impedirebbe  il  cofinanziamento  necessario  alla   partecipazione  ai  progetti.    

grandi   progetti   di   interesse   nazionale,   quali   SMART   CITIES   e   PON.   In   questi   contesti   il   DSFTM   dimostra  capacità,  sia  esclusive  che  in  sinergia  con  altre  competenze  CNR  e  Nazionali,  producendo   innovazione   tecnologica   nei   seguenti   campi:   energia,   materiali   innovativi,   trasporti,   chimica   verde,   agrifood,   tecnologie   per   smart   communities,   scienze   della   vita,   mezzi   e   sistemi   per   la   mobilità   di   superficie  terrestre  e  marina,  aerospazio,  ,  fabbrica  intelligente.  In  totale  il  DSFTM  ha  al  suo  attivo  12   PON01,  3  PON02,  1PON3,  1  SMART–CITIES.  

Per  quanto  riguarda  l’impatto  sulla  ricerca  nazionale,  il  Dipartimento  rappresenta  dunque  un  punto   di   riferimento   nelle   grandi   aree   tematiche   e   finalità   individuate   dal   Piano   Nazionale   della   Ricerca,   grazie   all’eccellenza   degli   Istituti   operanti   al   suo   interno   nei   settori   sopra   menzionati.   Inoltre   partecipa   a   diverse   piattaforme   tecnologiche,   promosse   dal   MIUR   e   promuove   la   crescita   dei   distretti   ad   alta   tecnologia,   di   cui   è   parte   attiva,   rivestendo   un   ruolo   guida   nel   trasferimento   tecnologico,  favorendo  le  interazioni  pubblico–privato.  

 

Valorizzazione  della  Ricerca  e  Trasferimento  Tecnologico  

Il   DSFTM   contribuisce   alla   strategia   dell’Ente   operando   nei   settori:   tutela   della   proprietà   intellettuale  (IP),  valorizzazione  dei  trovati  in  particolare  attraverso  il  licensing  di  brevetti  e  know   how;   generazione   di   nuova   impresa:   spin   off   e   start   up   companies;   formazione   del   personale   di   ricerca   ed   organizzazione   di   eventi   divulgativi.   Il   DSFTM   vanta   oltre   un   centinaio   di   brevetti,   la   maggior  parte  con  estensione  estera,  detenendo  circa  il  25%  dell’intero  portafoglio  CNR  e  generando   il  66%  degli  introiti  associato  al  patrimonio  brevettuale  dell’intero  CNR.    

Il   DSFTM   ha   contribuito   alla   generazione   di   imprese   ad   alta   tecnologia   favorendo   la   nascita   di   7   spin–off.  

 

Partecipazione  a  programmi  UE  e  accordi  internazionali  

Il   DSFTM   ha   dimostrato   di   essere   ben   posizionato   nel   contesto   internazionale.   In   particolare,   per   quanto  riguarda  il  VII  Programma  Quadro  dal  2007  il  Dipartimento  ha  ottenuto  il  finanziamento  in   un’ottantina  di  progetti  di  ricerca,  in  un  terzo  dei  quali  con  funzione  di  coordinamento.  A  questo  si   aggiunge  il  risultato  ottenuto  nei  passati  bandi  ERC  con  ben  9  giovani  brillanti  ricercatori,  titolari  di   Starting   Grant,   che   stanno   svolgendo   la   loro   attività   di   ricerca   all’interno   delle   strutture   del   Dipartimento,  contanto  su  oltre  8  milioni  di  finanziamento  complessivo.    

Risulta   evidente   che   il   DSFTM   è   in   grado   di   affrontare   con   successo   la   competizione   a   livello   internazionale,  partecipando  ai  grandi  progetti  europei,  in  particolare  a  quelli  del  nuovo  programma   Horizon   2020   i   cui   pilastri   prevedono   priorità   e   finalità   in   linea   con   gli   obiettivi   ed   il   bagaglio   di   conoscenze   proprie   di   questo   Dipartimento,   sia   dal   punto   di   vista   di   strategie   che   per   quanto  

Il   compito   prioritario   del   DSFTM   sarà   quello   di   rafforzare   ulteriormente   il   coinvolgimento   nei   progetti   europei   che,   oltre   ad   assicurare   una   significativa   fonte   di   finanziamento,   rappresenta   un’importante   occasione   di   crescita   nell’interazione   con   altre   realtà   scientifiche   ed   industriali.   Questa  strategia  va  nella  direzione  di  operare  per  un  maggior  recupero  dei  finanziamenti  italiani  alla   ricerca  europea.  Numerose  sono  le  attività  rilevanti  in  ambito  ambiente,  energia,  sicurezza,  salute,   per  le  quali  vi  sono  ampi  spazi  tra  le  “grandi  sfide  della  società”.    

DSFTM,  congiuntamente  al  DSCTM,  partecipa  alla  Flagship  “Graphene–Driven  Revolutions  in  ICT  and   Beyond”  (GRAPHENE).  L’ambizione  di  questa  flagship  è  quella  di  riunire  la  comunità  europea  della   ricerca  in  modo  focalizzato  ed  interdisciplinare  per  portare  ad  un  radicale  cambiamento  tecnologico   nei  campi  delle  tecnologia  dell’Informazione  e  della  Comunicazione,  mettendo  a  frutto  le  proprietà   uniche  del  grafene  e  dei  materiali  bidimensionali  collegati.  

Per  quanto  riguarda  “Excellence  Science”  –  “Supporting  world  leading  scientist  in  blue  sky  research”,   il  Dipartimento  prevede  di  confermare  e  migliorare  i  risultati  già  ottenuti  nel  VII  PQ,  ottenuti  grazie   alla   ricerca   innovativa,   di   livello   internazionale,   presente   al   suo   interno.   La   presenza   di   tecnologie   industriali   abilitanti,   quali   i   materiali   avanzati,   la   micro–   e   nanoelettronica,   la   fotonica,   tutte   di   carattere   fortemente   multidisciplinare   e   trasversale,   ha   generato   una   testimoniata   capacità   di   attrarre   capitali   di   aziende   private,   sia   grandi   che   piccole–medie,   requisito   necessario   per   l’“Industrial  Leadership”  (“bringing  more  good  ideas  to  market…..and  help  innovative  SMEs  to  grow   into   world–leading   companies   [….]   strengthen   industrial   leadership   in   innovation”).   Dal   punto   di   vista   dei   “societal   and   EU   level   challenges   for   a   better   society”,   il   Dipartimento   è   pronto   ad   affrontare   alcuni   aspetti   centrali,   quali:   “Reliable,   clean,   efficient   energy”,   con   le   fonti   energetiche   rinnovabili,   l’utilizzo   di   nuovi   materiali   per   l’energetica,   promuovendo   lo   sviluppo   di   “secure   societies”   attraverso   lo   sviluppo   di   dispositivi   e   sensori   per   il   controllo   dell’inquinamento   ambientale  e  la  “food  security”  e  nell’  ”ambient  assisted  living”  con  leadership  riconosciuta  a  livello   europeo.  

Con   i   suoi   progetti   in   corso   di   esecuzione,   il   DSFTM   è   in   linea   con   le   strategie   del   programma   Horizon   2020   che   dà   grande   rilievo   alle   Key   Enabling   Technologies   (KET),   quali   micro–   e   nanoelettronica   (con   materiali   che   vanno   dal   silicio   fino   agli   ossidi   e   agli   organici),   fotonica,   nanotecnologia,   materiali   superconduttori   e   materiali   avanzati   in   genere.   Si   tratta   di   ambiti   tecnologici   che   rientrano   tra   le   linee   prioritarie   di   intervento   già   adottate   dal   Dipartimento   per   lo   sviluppo  e  la  competitività  del  sistema  produttivo  italiano  con  importanti  ricadute  socio-­‐economiche   che   coinvolgono   pesantemente   anche   il   tessuto   industriale.   Il   DSFTM   ha   dimostrato   di   saper  

Il   DSFTM   gestisce   infrastrutture   di   ricerca   presso   facility   internazionali   e   anche   questa   attività   lo   posiziona  in  modo  ottimale  nel  panorama  internazionale  facilitando  i  contatti  scientifici  e  tecnologici   con  i  gruppi  pi  attivi  e  propositivi  a  livello  mondiale.  

 

I  progetti  Dipartimentali  sono:   • Sensori  e  dispositivi  

• Scienze  e  tecnologie  quantistiche   • Materiali  innovativi  

• Sistemi  e  materiali  complessi,  materia  soffice,  biofisica  e  reti   • Sistemi  laser  e  dispositivi  fotonici  

• Progettazione,  realizzazione  di  strumentazione  e  sviluppo  di  nuove  metodologie   • Plasmi