Il Prof. Stefano Carretta ha conseguito il Dottorato di Ricerca in Fisica presso l'Università di Parma nel 2005, effettuando ricerche nell'ambito del magnetismo molecolare sotto la guida del Prof. G. Amoretti. E' stato assegnista di ricerca dell'Istituto Nazionale per la Fisica della Materia e della Facoltà di Scienze dell'Università di Parma e ricercatore del Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Scienze Fisiche della Materia (CNISM). Dalla fine del 2010 è Professore Associato e dal 2019 Professore Ordinario di Fisica della Materia all'Università di Parma. E' attualmente Delegato del Rettore per la Ricerca Europea e Internazionale.
L’attività di ricerca ha abbracciato diversi settori della Fisica Teorica della Materia. Come impostazione generale, cerca di coniugare una ricerca esclusivamente teorica, per la comprensione e previsione di nuovi fenomeni, con la progettazione e l’interpretazione di esperimenti, in grado di evidenziare tali fenomeni fisici ed aspetti non ancora emersi. L’obbiettivo di questa ricerca è stato duplice: da un lato, studiare fenomeni di interesse per la fisica di base (ad es. tunneling della magnetizzazione o onde quadrupolari) e, dall'altro, progettare e identificare sistemi adatti a possibili applicazioni tecnologiche (ad es. computazione quantistica). Un aspetto importante della ricerca è di sviluppare modelli realistici dei sistemi studiati (ad esempio includendo anche effetti di rilassamento/decoerenza), in modo da poter sviluppare proposte solide per possibili applicazioni.
Questo tipo di approccio ha portato a sviluppare solide collaborazioni internazionali sia con fisici sperimentali che con chimici che sintetizzano nuovi materiali. Ad esempio, è stato co-proponente per il caso scientifico del nuovo spettrometro neutroni MIRACLES, uno degli strumenti in costruzione presso la sorgente di nuova generazione European Spallation Source (ESS).
La classe di sistemi su cui ha maggiormente concentrato i suoi sforzi è quella dei cosiddetti Nanomagneti Molecolari, sistemi di spin di taglia finita con i quali è possibile investigare questioni fondamentali in meccanica quantistica e progettare applicazioni specifiche che vanno dalle memorie magnetiche ad alta densità, allo sviluppo di refrigeranti magnetocalorici a bassa temperatura, fino alla realizzazione di piattaforme per la computazione quantistica. In particolare, su quest’ultima applicazione sono stati compiuti progressi significativi negli ultimi anni.
Altri settori della Fisica della Materia di cui si è occupato riguardano le interazioni multipolari in composti bulk contenenti ioni ad elettroni f, lo studio di sistemi intermetallici terra rara/metallo di transizione per la realizzazione di magneti permanenti, l’uso di sistemi di spin fortemente accoppiati a risuonatori planari superconduttivi e di nano-oscillatori elettromeccanici per applicazioni di computazione quantistica.
Una parte importante della ricerca recente riguarda il fenomeno della selettività di spin indotta dalla chiralità e le sue possibili applicazioni nelle tecnologie quantistiche.
E' coautore di circa 180 articoli pubblicati su riviste scientifiche internazionali. Il suo indice h è pari a 47.
E' Referee di diverse riviste scientifiche internazionali tra cui Physical Review Letters, Nature Communications e Physical Review B. E' editore della rivista Scientific Reports del gruppo Nature.
Nel 2006 è stato insignito della medaglia di "Le Scienze" (versione italiana di Scientific American) e della medaglia del Presidente della Repubblica Italiana per la sua ricerca sui nanomagneti molecolari. Nel 2011 gli è stato conferito il prestigioso Olivier Kahn International Award per il suo contributo essenziale alla teoria del magnetismo molecolare. E' ed è stato PI o coordinatore locale in numerosi progetti nazionali ed internazionali, incluso un ERC Synergy.
