Echipa proiectului

Director de proiect actual: Dr. Magdalena Titirici

Director de proiect inițial: Dr. Cristina Bran

Reprezentant legal / persoană de contact instituțională: Dr. Ionuț-Marius Enculescu

Membri ai echipei

• Dr. Victor Kuncser
• Dr. Corneliu Ghica
• Dr. Elena Matei
• Dr. Andreea Costas
• Dr. Gabriel Schinteie
• Dr. Mihaela Beregoi
• Drd. Mihaela Bunea
• Dr. Mariana Apostol
• Drd. Roxana Grigore
• Dr. Ionuț-Marius Enculescu
• Drd. Roxana Lavric
• Dr. Issam Boukhoubza

Rezultate științifice

Proiectul „3D Magnetic Nanostructures for Advanced Technologies” explorează modul în care materialele magnetice pot fi proiectate în trei dimensiuni, la scări de mărime de ordinul nanometrilor. La această scară, forma, lungimea, diametrul, compoziția și modul de aranjare al nanostructurilor pot schimba profund comportamentul magnetic al materialului.

În loc să trateze magnetismul doar în filme subțiri sau în structuri plane, proiectul urmărește dezvoltarea unor arhitecturi magnetice 3D: nanofire, nanopilari, structuri segmentate și sisteme multistrat. Acestea pot deveni platforme pentru memorii magnetice, senzori miniaturizați, dispozitive spintronice, actuatori flexibili și aplicații electrochimice sau biosenzoriale.

Ce s-a construit în proiect

Echipa a dezvoltat mai multe familii de nanostructuri magnetice, folosind metode complementare de fabricație:

• nanofire și nanopilari de nichel, obținuți prin depunere electrochimică în membrane nanoporoase de alumină anodică;
• nanofire CoNi, cu proprietăți magnetice ajustabile prin condițiile de depunere;
• nanofire segmentate și multistrat, precum Ni/Pt, Au-Ni-Au și FeCo/Cu, în care fiecare segment are rolul său în controlul proprietăților magnetice și electrice;
• structuri de tip spin valve, realizate prin combinații de filme subțiri, fotolitografie și contacte electrice;
• nanostructuri și nanofibre magnetice cu potențial pentru senzori, actuatori și platforme electrochimice.

Un rezultat important este controlul tot mai bun al geometriei. Prin ajustarea timpului de depunere, a potențialului electric, a pH-ului, a compoziției soluțiilor și a tratamentelor aplicate membranelor, cercetătorii au putut obține structuri cu lungimi, diametre, interfețe și compoziții controlate. Această etapă este esențială deoarece, în nanomagnetism, performanța unui dispozitiv depinde nu doar de material, ci și de arhitectura sa.

Ce s-a aflat despre magnetismul acestor structuri

Nanostructurile fabricate au fost analizate prin microscopie electronică, difracție, cartografiere elementală, magnetometrie, microscopie de forță magnetică, rezonanță feromagnetică și simulări micromagnetice. Aceste metode au permis corelarea dintre modul de preparare și proprietățile finale ale materialului.

Rezultatele arată că nanofirele și nanopilarii nu se comportă ca simple fragmente miniaturizate de metal. În interiorul lor apar configurații magnetice complexe, dependente de formă și de interacțiunea dintre elementele vecine. Simulările au evidențiat, de exemplu, că un nanopilar izolat poate avea o distribuție a magnetizării diferită de cea a unui grup de nanopilari aflați în interacțiune. Această diferență este importantă pentru proiectarea viitoarelor dispozitive în care multe elemente magnetice trebuie să lucreze împreună.

Pentru nanofirele CoNi, măsurătorile au evidențiat rolul compoziției, al structurii cristaline și al stratului superficial format în timpul preparării. Înțelegerea acestor detalii a permis îmbunătățirea proceselor de fabricație și pregătirea probelor pentru contactare electrică și măsurători de transport.

Spre dispozitive și aplicații

Proiectul a avansat de la obținerea materialelor către integrarea lor în structuri testabile. Au fost realizate contacte electrice pe nanofire individuale și geometrii cu patru electrozi pentru măsurători mai riguroase ale proprietăților de transport. În paralel, structurile de tip spin valve au fost investigate pentru efecte de magnetorezistență, relevante pentru senzori magnetici și pentru dispozitive spintronice.

O direcție cu potențial aplicativ este folosirea nanofirelor magnetice ca platforme pentru senzori și biosenzori electrochimici. Arhitecturile bazate pe membrane cu nanopori pot funcționa ca rețele dense de nanoelectrozi, cu suprafață activă mare și răspuns rapid. Caracterul magnetic al nanofirelor adaugă posibilitatea manipulării sau concentrării unor particule și molecule de interes, ceea ce poate duce la detecții mai sensibile.

O altă direcție este integrarea materialelor magnetice în structuri flexibile. Nanofibrele acoperite cu nichel au demonstrat răspuns la câmp magnetic și pot fi explorate pentru actuatori, senzori flexibili sau sisteme inteligente controlate de la distanță.

Pe scurt: rezultate obținute

Până la etapa actuală de implementare, proiectul a produs:

• metode optimizate pentru fabricarea de nanofire și nanopilari magnetici 3D;
• nanostructuri segmentate și multistrat cu compoziție și geometrie controlate;
• caracterizări morfologice, structurale, compoziționale, magnetice și electrice;
• simulări micromagnetice pentru înțelegerea configurațiilor de magnetizare;
• structuri contactate electric pentru măsurători de transport și magnetorezistență;
• rezultate publicate sau acceptate în reviste științifice internaționale;
• comunicări la conferințe internaționale și naționale;
• o cerere de brevet;
• articole de popularizare în revista Market Watch.

Lucrări științifice publicate / acceptate

1. Daciana Botta, Mihaela Beregoi, Ionuț Enculescu, Ionuț Adrian Cepleanu-Pascu, Daniel N. Crisan, Ana-Maria Ignat, Elena Matei, Victor C. Diculescu, „A paper-based device with submicronic fiber mesh electrodes for voltammetric quantification of nucleic acids”, Cell Reports Physical Science 6, 102781, 20 august 2025. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2025.102781

2. Issam Boukhoubza, Mohamed Achehboune, Outman El Khouja, Mohamed A. Basyooni, M. Kabatas, Melania Mindroc, Issam Derkaoui, Monica Enculescu, Elena Matei, „Enhanced photocatalytic performance of V2O5 NRs/RGO nanocomposites for Rhodamine-B decolorization under solar irradiation: Experimental and theoretical study”, Journal of Physics and Chemistry of Solids 201 (2025) 112654. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2025.112654

3. Gianluca Gubbiotti, Anjan Barman, Sam Ladak, Cristina Bran, Dirk Grundler, Michael Huth, Harald Plank, Georg Schmidt, Sebastiaan van Dijken, Robert Streubel, Oleksandr Dobrovoloskiy, Valerio Scagnoli, Laura Heyderman, Claire Donnelly, Olav Hellwig, Lorenzo Fallarino, M. Benjamin Jungfleisch, Alan Farhan, Nicolo Maccaferri, Paolo Vavassori, Peter Fischer, Riccardo Tomasello, Giovanni Finocchio, Rodolphe Clerac, Roberta Sessoli, Denys Makarov, Denis D. Sheka, Maciej Krawczyk, Rodolfo Gallardo, Pedro Landeros, Massimiliano d'Aquino, Riccardo Hertel, Philipp Pirro, Florin Ciubotaru, Markus Becherer, Jack Gartside, Teruo Ono, Paolo Bortolotti, Amalio Fernandez-Pacheco, „2025 roadmap on 3D nanomagnetism”, Journal of Physics: Condensed Matter 37 (2025) 143502. https://doi.org/10.1088/1361-648X/ad9655

4. Nicusor Iacob, Cristina Chirila, Mama Sangare, Andrei Kuncser, Anda E. Stanciu, Marcela Socol, Catalin C. Negrila, Mihaela Botea, Claudiu Locovei, Gabriel Schinteie, Aurelian C. Galca, Anca Stanculescu, Lucian Pintilie, Victor Kuncser, Bogdana Borca, „Guanine-based spin valve with spin rectification effect for an artificial memory element”, Heliyon 11 (2025) e41171. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e41171

5. Rhizlane Hatel, Issam Boukhoubza, Issam Derkaoui, Mohamed A. Basyooni, M. Kabatas, Elena Matei, Monica Enculescu, Mimouna Baitoul, „Synthesis and photocatalytic activity of WO3 nanocomposites incorporating GO and MWCNTs for enhanced Rhodamine-B degradation”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 711 (2025) 136395. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2025.136395

6. Alexander Azarov, Cristian Radu, Augustinas Galeckas, Ionel Florinel Mercioniu, Adrian Cernescu, Vishnukanthan Venkatachalapathy, Eduard Monakhov, Flyura Djurabekova, Corneliu Ghica, Junlei Zhao, Andrej Kuznetsov, „Self Assembling of Multilayered Polymorphs with Ion Beams”, Nano Letters 25(4), 1637-1643 (2025). https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05727

7. I. Boukhoubza, O. El Khouja, M. Achehboune, M. A. Basyooni, M. Kabatas, I. Derkaoui, I. Enculescu, E. Matei, „Band Gap Engineering in Co/Cu Co-doped ZnO Nanorods Unlocks Superior Charge-Storage Kinetics”, acceptat pentru publicare în Cell Reports Physical Science.

8. Melania Onea, Nicusor Iacob, Gabriel Schinteie, Maria Eugenia Toimil Molares, Elena Matei, Victor Kuncser, Ionuț Enculescu, „Novel insights into the distinct magnetic configurations of polycrystalline Ni nanowires produced by a template approach at varying electrodeposition potentials”, Journal of Alloys and Compounds 1044, 183959, 5 noiembrie 2025. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.183959

9. Umberto Celano, Peter Rickhaus, Cristina Bran, Jorge Marques-Marchan, Vicent J. Borras, Maxim Korytov, Agustina Asenjo, Manuel Vazquez, „Probing geometry-induced magnetic defects in cylindrical modulated nanowires with optically detected spin resonance in nitrogen-vacancy center in diamond”, Nanoscale 16, 16838 (2024). https://doi.org/10.1039/d4nr01064g

Conferințe

1. Mihaela Beregoi, Corina Ciobotaru, Adrian Enache, Claudiu Ciobotaru, Elena Matei, Anca Aldea, Ionuț Enculescu, „Artificial muscles based on shape memory electrospun nanofibers functionalized with conducting polymers and gold nanoparticles”, Twelfth International Conference on Soft Transducers and Electromechanically Active Polymers, EuroEAP 2024, 10-13 iunie 2024, Stuttgart, Germania, poster cu interactive talk.

2. R. Grigore, E. Matei, C. Bran, V. Kuncser, G. Schinteie, C. Ghica, I. Enculescu, „Fabrication and characterization of FeCo/Cu multilayered nanowires”, 21st International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies, 1-5 iulie 2024, Salonic, Grecia, poster.

3. R. Grigore, E. Matei, C. Bran, V. Kuncser, G. Schinteie, C. Ghica, I. Enculescu, „Synthesis and characterization of Ni nanostructures”, 22nd International Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science, 9-12 iulie 2024, Constanța, România, prezentare orală.

4. R. Lavric, R. Grigore, E. Matei, V. Kuncser, C. Ghica, L. Nedelcu, G. Schinteie, C. Busuioc, I. Enculescu, „Synthesis and characterization of CoNi alloy nanowires”, 22nd International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies, 8-11 iulie 2025, Salonic, Grecia.

5. R. Grigore, R. Lavric, E. Matei, C. Ghica, L. Nedelcu, V. Kuncser, G. Schinteie, I. Enculescu, „Fabrication and characterization of Ni nanostructures”, 22nd International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies, 8-11 iulie 2025, Salonic, Grecia.

6. Roxana Lavric, Roxana Grigore, Elena Matei, Corneliu Ghica, Liviu Nedelcu, Victor Kuncser, Gabriel Schinteie, Ionuț Enculescu, „Synthesis and Characterization of Ni nanostructures”, Symposium of Chemical Engineering and Materials SICHEM 2025, 6-7 noiembrie 2025, București, România, poster.

7. I. Boukhoubza, E. Matei, A. Jorio, M. Enculescu, I. Enculescu, „Nanocomposites ZnO/CVD-Graphene/Cu: influence des parametres de depot”, 4-eme edition Symposium de la Recherche Scientifique Francophone en Europe Centrale et Orientale, 30-31 octombrie 2025, UAIC, Iași, România, prezentare orală.

8. Issam Boukhoubza, „Optoelectronics of nano LEDs”, Advances in Applied Physics International Conference, 3-5 noiembrie 2025, Faculty of Medicine and Pharmacy of Ibnou Zohr University, Agadir, Maroc, keynote speaker / comunicare orală online.

Cereri de brevet

1. „Biosenzor electrochimic pentru detecția enzimei reductaza sulfoxidului de metionină”, autori: Teodor Adrian Enache, Mihaela-Cristina Bunea, Issam Boukhoubza, Elena Matei, cerere de brevet de invenție A/00152/01.04.2024.

Diseminare publică / Market Watch

1. „Contribuția INCD Fizica Materialelor la implementarea Planului Național de Redresare și Reziliență”, Market Watch, octombrie 2024. Link: https://www.marketwatch.ro/articol/18603/Contributia_INCD_Fizica_Materialelor_la_implementarea_Planului_National_de_Redresare_si_Rezilienta/pagina/2

2. „Nanostructuri magnetice 3D: arhitectura invizibilă care poate redefini viitoarele tehnologii”, Market Watch, mai 2026. Link util: https://www.marketwatch.ro/autor/Dr._Ionut_Enculescu%2C_director_general_INCDFM/; sumar revistă: https://www.marketwatch.ro/revista/