Personale docente

Francesco Cugini, Ph.D.

Ricercatore in Fisica Sperimentale della Materia e Applicazioni – Università di Parma
Associato IMEM-CNR Parma | Membro CIDEA | Abilitato Professore II Fascia

Formazione e carriera accademica
Francesco Cugini ha conseguito la Laurea Magistrale in Fisica (110/110 e Lode) nel 2013 e il Dottorato di Ricerca in Scienza e Tecnologia dei Materiali (giudizio Eccellente con Lode) nel 2018 presso l’Università di Parma. Nel 2015 ha conseguito l’Abilitazione all’insegnamento Scuola Secondaria di Secondo Grado (TFA) nella classe A027 Matematica e Fisica presso l’Università di Bologna (100/100).
Dal 2018 al 2021 ha svolto attività di ricerca post-doc come Assegnista, e dal 2021 è Ricercatore a Tempo Determinato presso il Dipartimento di Scienze Matematiche, Fisiche e Informatiche, dove opera all’interno del gruppo MMElab – Magnetic Materials for Energy, coordinato dal Prof. Massimo Solzi.

Dal 2014 è Associato all’Istituto dei Materiali per l’Elettronica e il Magnetismo (IMEM-CNR) di Parma, collaborando con il gruppo Materiali Magnetici e Multiferroici diretto dalla Dott.ssa Franca Albertini.

Dal 2024 è Membro del Centro Interdipartimentale per l’Energia e l’Ambiente (CIDEA) dell’Università di Parma.

Dal 2015 è membro dell’Associazione Italiana di Magnetismo - AIMagn.

Nel 2022 ha conseguito l’Abilitazione Scientifica Nazionale per Professore di II Fascia nel Settore 02/PHYS-03/A – Fisica Sperimentale della Materia e Applicazioni.

Incarichi istituzionali

• Delegato per l’Orientamento in Ingresso dei Corsi di Laurea in Fisica (dal 2024)

• Membro della Giunta di Dipartimento (dal 2025)

Premi e riconoscimenti

• Premio “Antonio Garbasso” per l’Operosità Scientifica – Società Italiana di Fisica (2016)

Attività di ricerca
La sua attività si concentra sullo studio sperimentale delle proprietà fisiche di materiali magnetici funzionali, con particolare attenzione ai materiali per la conversione termomagnetica dell’energia (generatori termomagnetici e refrigeratori magnetici).
L’approccio è multidisciplinare e integra:

1. Sintesi e caratterizzazione di materiali magnetocalorici (Heusler, leghe ad alta entropia), mediante tecniche avanzate (magnetometria, calorimetria, diffrazione X e di neutroni, NMR) e simulazioni (DFT, Monte Carlo).
2. Sviluppo di protocolli sperimentali per la misura dell’effetto magnetocalorico, in particolare in corrispondenza di transizioni magnetostrutturali.
3. Integrazione dei materiali in dispositivi, tramite lo sviluppo di compositi funzionali e tecniche di manifattura additiva.
4. Prototipazione di generatori termomagnetici su scala di laboratorio per test in condizioni operative.

Parallelamente, si occupa di:

• Caratterizzazione magnetica di nano-magneti molecolari, nanoparticelle per applicazioni biomediche ed energetiche, film sottili, composti metallorganici e nanocompositi.
• Studio di materiali multiferroici, in particolare ossidi con struttura a perovskite.
• Biomonitoraggio ambientale tramite misure di suscettività magnetica del particolato atmosferico su substrato organico.

Collabora attivamente con numerosi gruppi di ricerca nazionali e internazionali: TU Delft, Universitat Bielefeld, TU Darmstadt, Universidad de Sevilla, Nanjing University of Science and Technology, ISIS-RAL, Universitat Duisburg-Essen, Università di Modena e Reggio Emilia, CNR-ISMN Bologna, Università di Verona.

Progetti di ricerca
Francesco Cugini è Principal Investigator Nazionale e Coordinatore UniPr del progetto PRIN 2022 PNRR – STEve “Small-scale Thermomagnetic Energy harvesters: from materials to devices”. Il progetto mira allo sviluppo di oscillatori termomagnetici innovativi per il recupero di calore disperso su piccola scala, attraverso:

• Studio e ottimizzazione di leghe intermetalliche prive di terre rare (Heusler e HEA a base Fe, Ni, Mn)
• Tecniche di sintesi avanzate per l’ingegnerizzazione dell’ordine atomico e della microstruttura
• Miniaturizzazione mediante melt-spinning e compositi polimerici
• Progettazione e realizzazione di prototipi operativi

È stato inoltre Principal Investigator del progetto “Thermomagnetic Waste Heat Harvesting: a Laboratory-Scale Prototype for Materials Testing” finanziato tramite il Bando di Ateneo per la Ricerca – Azione B dell’Università di Parma. Il progetto ha avuto l’obiettivo di ridurre il divario tra la ricerca fondamentale sui materiali termomagnetici e la loro applicazione in dispositivi per il recupero di calore disperso. È stato sviluppato un prototipo di generatore termomagnetico su scala ridotta, ispirato alla ruota di Curie, per la caratterizzazione dei materiali in condizioni operative. Parallelamente, è stato messo a punto un metodo per la realizzazione di elementi termomagnetici integrabili nel prototipo, basato su compositi polimerici formati tramite stampi solubili ottenuti con tecniche di additive manufacturing.
Al termine del progetto, sono state testate diverse leghe Heusler ottimizzate per il recupero di calore nel range 30–80 °C.

Partecipazioni e collaborazione ad altri progetti di ricerca:

• SPEED PARMA PoC – Strengthen Parma Patents’ Effectiveness and further Expedite their Development through PoC projects
• MAGMOVE – Materiali magnetici sostenibili nei motori elettrici ad elevata efficienza per la transizione verde, Progetto PR-FESR EMILIA ROMAGNA 2021-2027
• FRIMAG – Refrigerazione magnetica: una nuova tecnologia eco-compatibile per la produzione del freddo. Sviluppo di un prototipo per la conservazione degli alimenti, Progetto POR-FESR 2014-2020
• HEAT4ENERGY Magnetic ENERGY conversion for waste HEAT – Progetto HORIZON-MSCA-2022
• NQSTI National Quantum Science and Technology Institute -  progetto PNRR - NextGenerationEU

Ha partecipato a numerosi esperimenti di diffrazione neutronica presso la facility internazionale ISIS – Rutherford Appleton Laboratory (UK), ricoprendo il ruolo di Principal Investigator in tre esperimenti.

Produzione scientifica

• 50 articoli pubblicati su riviste internazionali peer-reviewed
• 1 capitolo nel Handbook of Magnetic Materials (“Magnetocaloric characterization of materials”)
• 16 contributi orali a congressi e workshop internazionali, di cui 7 come Invited Speaker, coautore di oltre 90 contributi a congressi internazionali.

Attività editoriale e di revisione

• Assistant Guest Editor dello Special Issue “Thermodynamics and Phase Transitions in Magnetic Materials” della rivista Entropy
• Referee per riviste scientifiche internazionali tra cui: Nature Communications, Scripta Materialia, Acta Materialia, Physical Review B, Physical Review Materials, Journal of Alloys and Compounds, Applied Physics Reviews, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, International Journal of Refrigeration, IEEE Transactions on Magnetics, IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement, Journal of Materials Science

Trasferimento tecnologico e brevetti

Svolge attività di consulenza industriale e trasferimento tecnologico su:

• Caratterizzazione di materiali magnetici
• Progettazione e simulazione di sorgenti di campo magnetico
• Misura dell’effetto magnetocalorico per sistemi refrigeranti
• Sviluppo di sensori capacitivi

È autore del brevetto per invenzione industriale: “Metodo di preparazione del materiale magnetocalorico AlFe₂B₂”, concesso nel 2020.
È autore della domanda di brevetto “Metodo di Estrazione del Litio da Batterie Esauste”, presentata nel 2025.

Attività didattiche

Dal 2021 è docente dei corsi Laboratorio di Analisi Dati, Laboratorio di Fisica III e Laboratorio di Diffrazione, Magnetometria e Risonanze Magnetiche per le Lauree Triennale e Magistrale in Fisica dell’Università di Parma.

Dal 2015 è stato relatore di 5 tesi di Laurea Triennale (4 in Fisica, 1 in Scienze dei Materiali), correlatore di 7 tesi di Laurea Magistrale (5 in Fisica, 1 in Ecologia ed Etologia per la conservazione della natura, 1 in Scienze Geologiche applicate alla Sostenibilità Ambientale) e di 11 tesi di Laurea Triennale in Fisica.

Dal 2014 svolge attività di supporto alla didattica per vari corsi di Fisica (attività di laboratorio, esercitazioni, tutorato).

Divulgazione scientifica

Dal 2012 collabora alle attività di divulgazione scientifica e orientamento universitario del Dipartimento di Scienze Matematiche, Fisiche e Informatiche dell’Università di Parma, tra cui:

• Presentazioni del corso di laurea in Fisica
• Seminari nelle scuole
• Open Day, stage estivi e laboratori per studenti delle scuole superiori
• Progetto Lauree Scientifiche
• Eventi come La notte europea delle ricercatrici e dei ricercatori

Dal 2017 al 2022 ha tenuto presentazioni sul tema “L’Energia” in collaborazione con l’Associazione Googol, rivolte a studenti di scuole primarie e secondarie di primo grado.
Nel 2024 ha partecipato al podcast di divulgazione scientifica Scientificast (puntata 501 del 26/02/2024 – link).
Dal 2025 collabora all’organizzazione del progetto “UniPRovando: la fiera della scienza dell’Università di Parma”, finanziato tramite il bando FAPE dell’Università di Parma.