Personale docente

Nato a Busseto (PR) il 24 gennaio 1958

24-3-1983 Laurea in Chimica (110 e lode), conseguita presso la Facoltà di Scienze MM. FF. NN. dell’Università di Parma. Titolo della Tesi: ‘Lo spettro elettronico dello ione Ni2+ in monocristalli di Ni2NbBO6 a 77 K’.
1984-1985 Servizio Militare
1986-1988 Esperienze lavorative nei settori dei tubi catodici e del vetro
1988-2000 Funzionario tecnico presso l’Istituto di Chimica Fisica dell’Università di Parma, confluito nel 1994 nel Dipartimento di Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Analitica e Chimica Fisica dell’Università di Parma.
2000- 2014 Ricercatore confermato (SSD CHIM/02) presso il Dipartimento di Chimica Generale ed Inorganica, Chimica Analitica e Chimica Fisica dell’Università di Parma, dal 2012 Dipartimento di Chimica dell'Università di Parma.
2014 - 2021 Professore Associato (SSD CHIM/02) presso il Dipartimento di Chimica dell'Università di Parma.
2022- Professore Ordinario (SSD CHIM/02) presso il Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale dell'Università di Parma

Entrato a far parte del gruppo di spettroscopia ottica dell’Istituto di Chimica Fisica nel 1988, il Prof. Cavalli fu inizialmente incaricato della crescita di cristalli di ossidi contenenti ioni della prima serie dei metalli di transizione, in particolare Ni2+ e Cr3+, e della registrazione e relativa analisi degli spettri di assorbimento di tali composti. Dopo aver maturato una significativa esperienza e autonomia in tale campo, il Prof. Cavalli ha iniziato ad occuparsi delle proprietà luminescenti di cristalli drogati con ioni di metalli di transizione e lantanidi, attività che ha prodotto risultati interessanti e prosegue tuttora. I cristalli oggetto di studio sono in genere costituiti da una matrice isolante, trasparente in un’ampia zona spettrale dall’UV fino al vicino infrarosso (NIR), contenenti ioni otticamente attivi: la conoscenza dettagliata della struttura dei livelli di energia dei centri attivi e delle dinamiche di decadimento delle fluorescenze è essenziale per definire le prospettive di utilizzo di un questo tipo di materiali. Attualmente il lavoro del Prof. Cavalli si svolge lungo tre principali tematiche:
-spettroscopia ottica di ioni luminescenti in matrici non lineari;
-stati di trasferimento di carica e dinamiche di stati eccitati in sistemi contenenti ioni otticamente attivi;
- sintesi e caratterizzazione di materiali luminescenti per applicazioni tecnologiche ed in diagnostica.

Tali ricerche sono svolte nell’ambito di varie collaborazioni scientifiche, con gruppi sia italiani che stranieri.
Il Prof. Cavalli è stato visiting Professor presso il Laboratoire des Materiaux Inorganiques dell’Università B. Pascal di Clermont-Ferrand in diversi periodi dal 2005 al 2012 ed ha partecipato a due azioni integrate Italia-Spagna (anni 2003-2004 e 2004-2005) che gli hanno permesso di trascorrere significativi periodi di ricerca presso il Departamento de Fisica de Materiales dell’Università Autonoma di Madrid.
Dal 2012 collabora con l'ISTEC-CNR di Faenza nello sviluppo di materiali ceramici luminescenti.
Il Prof. Cavalli ha pubblicato oltre 140 lavori su riviste internazionali e proceedings, ed ha partecipato a numerosi Congressi internazionali con oltre 80 contributi. Svolge inoltre attività di referee per varie riviste del settore dei materiali e della spettroscopia ottica, tra cui:
Journal of Luminescence
Optical Materials
Journal of Solid State Chemistry
etc.
E' inoltre Associate Editor di Optical Material (Elsevier).

Il lavoro di ricerca del Prof. Cavalli è articolato in diverse fasi, ciascuna delle quali richiede competenze specifiche:

-sintesi dei campioni
Campioni in forma di cristalli singoli vengono cresciuti mediante la tecnica ‘flux growth’, che consiste nel lento raffreddamento di soluzioni di sali fusi. Tale tecnica comporta alcuni vantaggi rispetto a quelle utilizzate per cristalli commerciali in termini di versatilità, basso costo, etc., anche se generalmente non permette di ottenere materiali adatti ad applicazioni pratiche. E’ tuttavia largamente impiegata per scopi esplorativi: l’esperienza maturata in questi anni ha permesso al Dr. Cavalli di mettere a punto diverse sintesi di nuovi composti.
Campioni in forma di polveri micro- e nano-cristalina sono realizzati mediante varie tecniche: stato solido, sol-gel, idrotermale, etc., a seconda del tipo di materiale e della sua destinazione d'uso.
La caratterizzazione strutturale è essenziale per poter intraprendere lo studio degli spettri ottici. Nella maggior parte dei casi è sufficiente una misura dello spettro XRD delle polveri come semplice conferma di una struttura attesa. Quando però si ottengono fasi cristalline nuove si rende necessario uno studio di diffrazione su cristallo singolo. Questa attività viene svolta in collaborazione con il Laboratorio di Strutturistica del Dipartimento di Chimica.

-misure spettroscopiche.
Il laboratorio del Prof. Cavalli è ben attrezzato per misure spettrofotometriche convenzionali. Per ciò che riguarda le sorgenti, sono disponibili lampade (Xe ed alogene) sia per l’assorbimento che per l’emissione, oltre che sistemi laser sia continui (Ar+, He-Ne, diodi laser) che impulsati (Nd:YAG e Ti-zaffiro). Vi sono inoltre monocromatori e sistemi di rivelazione nel visibile e nel vicino IR, oscilloscopi (transient digitizers), sistemi criostatici a circuito chiuso di He, all’azoto liquido etc. Sono inoltre presenti le attrezzature necessarie per la preparazione del campione: lappatrice, microscopi ottici, etc. In genere vengono registrati gli spettri di assorbimento nell’intervallo 300-2200 nm, quelli di emissione nel visibile e NIR fino a 1200 nm e le curve di decadimento delle fluorescenze. Tali misure possono essere effettuate a temperature variabili tra 10 e 300 K, eventualmente in luce polarizzata. Quando necessario vengono misurati anche gli spettri IR e Raman, con strumenti sono disponibili in Dipartimento.
-analisi dei dati sperimentali.
Viene effettuata sulla base di modelli teorici adatti al sistema oggetto di studio. Nel caso di cristalli attivati con ioni trivalenti di terre rare, ad esempio, gli spettri di assorbimento vengono analizzati secondo lo schema di Judd-Ofelt, che consente di ottenere importanti informazioni sui processi radiativi e di confrontare le efficienze di cristalli diversi attivati col medesimo ione attivo. Gli spettri di assorbimento ed emissione a bassa temperatura permettono di ricavare lo schema dei livelli di energia del centro ottico, che possono essere riprodotti mediante opportuni calcoli di Crystal Field. Talvolta è anche possibile l’analisi dei profili di decadimento degli stati eccitati ed il relativo comportamento con la temperatura per mezzo di modelli che tengono conto dell’accoppiamento tra il centro elettronico ed il reticolo, della possibilità di trasferimenti di energia, etc.. Nel caso di cristalli attivati con ioni di metalli di transizione è spesso interessante osservare il comportamento delle bande di assorbimento ed emissione al variare della polarizzazione della luce incidente o emessa, comportamento che può essere razionalizzato sulla base di modelli di Ligand Field che tengano conto della simmetria reale del poliedro di coordinazione dello ione otticamente attivo. Tali modelli forniscono inoltre metodologie di calcolo che consentono di riprodurre le energie delle transizioni sperimentalmente osservate.