Descrizione del modulo "Interazione Laser Materia (MD.P03.030.001)"

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  • Descrizione del modulo "Interazione Laser Materia (MD.P03.030.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • - avanzamento della conoscenza nel campo dell'interazione laser-materia; - produzione di dati riguardanti spettri di assorbimento in molecole chirali per banche dati utilizzati nella modellizzazione delle interazioni intra e intermolecolari in sistemi di interesse biologico; - validazione di dati per l'individuazione della composizione chimica di manufatti e materiali di interesse artistico, archeologico e monumentale; - studi di nuovi Sistemi di deposizioni a multistrato mediante Laser in alto vuoto; - avanzamento delle conoscenze sui processi di trasferimento da bulk a film sottile di materiali mediante Laser; - studio di fattibilità per la generazione e misura di processi di accelerazione di ioni indotta da impulsi laser ultracorti su cluster gassosi; - definizione dei meccanismi di produzione e deposizione di sistemi nanostrutturati e nanocompositi mediante ablazione o trattamenti superficiali con impulsi laser ultracorti; - utilizzo di sistemi laser integrati per la caratterizzazione, lavorazione e deposizione di materiali nanostrutturati per le energie rinnovabili. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Determinazione dei meccanismi sui danneggiamenti indotti al variare della fluenza e della durata dell'impulso laser. Verifica di modelli teorici termodinamici riguardanti lo scambio di energia tra sottosistemi del solido quali quello elettronico e fononico. Studio dei processi di deposizione e crescita di film sottili, tramite tecniche ex-situ: SEM, TEM, XRD, XPS; ed in situ: XRF. Studio, tramite spettroscopia REMPI con sorgenti laser accordabili al ns, di aggregati debolmente legati prodotti con fascio supersonico (Temp. rotazionale ~ 10 K). Modellizazione teorica delle informazioni sperimentali sull'energetica di processi quali frammentazione di ioni metastabili, charge transfer e reattività di stati elettronici eccitati e ionici. Formazione di nanocompositi (metalli-oligotiofeni) e loro studio con metodi spettroscopici NEXAFS, XPS ad alta risoluzione nonché di Pump&Probe e fluorescenza risolta in tempo con impulsi laser al fs. Studio dei processi elementari coinvolti nella ablazione laser in vuoto, atmosfera controllata e fase liquida oltre alla LIBS a singolo e doppio impulso. Studio conformazionale di specie ioniche (molecole e cluster) prodotti per elettrospray. (literal)
Competenze
  • Il personale partecipante ha conoscenze approfondite sui plasmi indotti nei processi di ablazione laser aventi impulsi di durata sia del ns che fs, e le metodologie di indagine per la parametrizzazione e conseguente ottimizzazione dei processi di produzione di nanomateriali, nanostrutture e deposizione di film sottili innovativi ottenibili tramite tale tecnica. Le numerose e rilevanti competenze chimico-fisiche e teorico-sperimentali dei partecipanti hanno permesso e consentono il continuo sviluppo di processi e la realizzazione di apparecchiature che utilizzano tecniche laser per la produzione, la caratterizzazione di materiali funzionali nonché per la determinazione sugli effetti indotti dalla radiazione laser in molecole e aggregati molecolari per la comprensione della dinamica e dei meccanismi di reazione in processi elementari. Il personale è in grado di svolgere studi cinetici e diagnostici di radicali, molecole e cluster prodotti in fase gassosa per scarica ed elettrospray e in fascio supersonico tramite l'uso di spettroscopie associate, quali: LIF, LIBS, IRMPD e REMPI. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • - Caratterizzazione di materiali organici ed inorganici per materiali fotovoltaici alternativi al Si; - Realizzazione di sensori inorganici per sostanze inquinanti; - Realizzazione di coatings metallici protettivi; - Progettazione e realizzazione di strumentazione scientifica (spettrometri di massa a tempo di volo, fasci supersonici, apparati REMPI, camere da vuoto per deposizione di film sottili); - Realizzazione di coatings trasparenti per ottica; - Trattamenti superficiali per assorbitori di moduli termoionici di conversione per Concentratori Solari; - Realizzazione di nanocompositi per la fotonica; - Realizzazione di film Magnetici per memorie di massa; - Deposizione di film sottili antiossidanti per applicazioni biologiche; - Deposizione di nanotubi di Carbonio per indurimenti superficiali; - Definizione degli approcci da utilizzare per le varie applicazioni della tecnica LIBS a singolo e doppio impulso come diagnostica in situ di processi produttivi e per la tutela e restauro di beni artistici, archeologici e monumentali;CNR-ISM - Tor Vergata – Roma - Realizzazione di nuove metodologie diagnostiche per analisi quantitative di materiali (LIBS a singolo impulso ns/fs) (literal)
Tecnologie
  • - Sviluppo di metodiche di calcolo per la descrizione di strutture di interesse biologico. - Metodologie di calcolo semiempiriche per la determinazione dei processi di ablazione indotti da impulsi laser corti ed ultra-corti e dinamica del plasma formato, dei film sottili depositati e delle nanoparticelle e nanocompositi prodotti. - Metodi computazionali per la descrizione della reattività di sistemi di aggregati. - Apparati di produzione di fasci supersonici di bassa temperatura rotovibrazionale. (literal)
Obiettivi
  • - Validazione dei modelli teorici-sperimentali relativi allo scambio di energia tra sottosistemi del solido quali quello elettronico e fononico. - Studio di nuovi processi laser per la caratterizzazione, il trattamento superficiale e la deposizione di materiali nanostrutturati per concentratori solari e sistemi fotovoltaici organici ed ibridi; - Ottimizzazione dei processi di deposizione e crescita di film sottili anche tramite parametrizzazione dei processi che governano il plasma prodotto. - Correlazione tra struttura elettronica di aggregati chirali e non con lo spettro di assorbimento e l'intensità relativa di ioni prodotti in processi REMPI. - Modellizazione teorico-sperimentale sull'energetica dei processi di frammentazione di ioni metastabili, charge transfer e reattività di stati elettronici eccitati e ionici. - Determinazione della struttura di specie ioniche di interesse biologico e farmacologico. - Messa a punto della metodologia analitica ns/fs LIBS a singolo e doppio impulso. - Risoluzione spettrale di processi ultrarapidi di emissione spontanea ed amplificata in esperimenti di fluorescenza e Pump & Probe con risoluzione di 10-13s. (literal)
Stato dell'arte
  • L'attività di ricerca sui processi di interazione laser materia si colloca in un contesto Europeo e mondiale di attività all'avanguardia nel campo delle nanotecnologie, biologia, medicina, applicazioni industriali e studi per la conservazione e qualificazione di beni culturali. Questa attività altamente interdisciplinare, condivisa da fisici, chimici e ingegneri, rappresenta una sfida per l'identificazione di problemi critici nel campo dei materiali e dei processi per la loro produzione. La possibilità di scoprire soluzioni innovative attraverso le tecnologie laser consentirà lo sviluppo di nuove opportunità per la produzione di materiali avanzati per applicazioni nella micro e nanoelettronica, batterie, ottica, fotonica e per modificazioni superficiali di metalli, materiali organici e biologici. Tale attività fornisce una base per interpretare i meccanismi elementari indotti dall'interazione laser-materia e fornire, con i più avanzati metodi computazionali, dei modelli utili all'interpretazione dei fenomeni coinvolti tanto da definire la dinamica ultrarapida delle specie transienti che partecipano al processo e definendo così i loro effetti sulle proprietà dei prodotti finali. (literal)
Tecniche di indagine
  • Spettrometria di massa a tempo di volo mediante ionizzazione multifotonica risonante (REMPI) per lo studio di cluster di molecole chirali e determinazione della loro struttura e reattività. Spettroscopia laser IRMPD accoppiata con spettrometria di massa per la caratterizzazione strutturale di specie ioniche (molecole e cluster). Applicazioni e sviluppo della tecnica LIBS a doppio impulso ns/fs. Formulazione di ipotesi sui meccanismi di crescita dei film depositati per collegare i processi di deposizione PLD con le proprietà funzionali di film sottili. Le metodologie di indagine e di studio utilizzate comprendono misure ex-situ quali SEM, XRD, AFM e XRF. Per mezzo di un sistema a quattro contatti si è nella condizione di verificare le proprietà elettriche dei film sottili ottenuti e collegare a queste con le caratteristiche funzionali dei film che si vanno a produrre. Spettroscopia ultra-rapida mediante la tecnica di Pum&Probe e di fluorescenza risolta in tempo per misure di dinamica indotta da sistemi p-coniugati e relativi nanocompositi in fase liquida e solida. (literal)
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