Descrizione del modulo "MD.P04.013.001 Studio della struttura elettronica e delle proprietà magnetiche di sistemi inorganici, organici e nanostrutturati (MD.P04.013.002)"

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  • Descrizione del modulo "MD.P04.013.001 Studio della struttura elettronica e delle proprietà magnetiche di sistemi inorganici, organici e nanostrutturati (MD.P04.013.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Questi materiali sono alla base delle nuove tecnologie rigurdanti lo storage di informazione, le comunicazioni, la salute e l'energia. (literal)
Tematiche di ricerca
  • -sintesi e caratterizzazione di sistemi basati su nanostrutture di grafene e materiali a singolo strato a struttura esagonale (progetti FIRB e ABNANOTEC finanziati) -studio della superficie ed interfaccie di eterostrutture di ossidi complessi per indagare l'effetto dello strain, della superficie e dell'interfaccia sulle proprietà orbitali e magnetiche -studio di sistemi inorganici e organici in fase liquida per caratterizzarne la struttura elettronica (progetto IOM startup finanziato) -sintesi e caratterizzazione di sistemi metalloorganici e inorganici nanostrutturati per l'indagine delle proprietà magnetiche ed elettroniche -studio delle dinamiche sistemi molecolari mediante tecniche spettroscopiche pump-probe e spettroscopie magnetiche in condizioni estreme (EXPROREL). -studio di dinamiche ultraveloci di risposta di composti inorganici a eccitazioni ottiche mediante una spettroscopia pump probe (progetto PRIN finanziato) -struttura e correlazione elettronica della banda di valenza di leghe di silicio, isolanti topologici. -studio di nuovi materiali superconduttivi per l'indagine della struttura elettronica e della natura dei meccanismi superconduttivi (literal)
Competenze
  • I partecipanti condividono un forte background di ricerca con le tecniche spettroscopiche mediante raggi X, lavorando nelle facilities di luce di sincrotrone e grandi laboratori internazionali. Hanno una forte competenza nella costruzione, progettazione, utilizzo e gestione di linee di luce, spettrometri e sistemi UHV, crescita in situ e caratterizzazione di sistemi a bassa dimensionaità. Collaborazioni con diversi laboratori, conoscenza delle più moderne strumentazioni e tecniche spettroscopiche e forte coinvolgimento nello sviluppo di nuove competenze e strumentazione sono ingredienti fondamentali di questa commessa. I partecipanti sono esperti in fotoemissione elettronica, emissione e assorbimento di raggi x anche sfruttando le proprietà di polarizzazione lineare/circolare (XMCD, XLD), ARPES ad alta risoluzione energetica ed angolare e risonante, misure pump-probe anche combinando laser e luce di sincrotrone, criogenia e magneti superconduttori. Recentemente sono state acquisite competenze in microfabbricazione e SEM per lo sviluppo di membrane per la realizzazione di celle che permettono di studiare in sistemi in fase liquida utilizzando le camere sperimentali in UHV di BACH. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Lo studio dell'effetto dello strain e superfici su film sottili di ossidi apre la possibilità di controllare le prop elettroniche e magnetiche e chimiche (reattività chimica ecc.). La possibilità di studiare sistemi in fase liquida apre la strada a numerose applicazioni in campo biologico (studio della struttura elettronica e reattività in fase liquida di DNA, proteine..) Lo studio dei materiali superconduttivi ha come potenziale impiego il loro utilizzo in dispositivi che sfuttano la superconduttività come proprietà funzionale. I film sottili ferromagnetici a temperatura ambiente cresciuti epitassialmente su semiconduttori come silicio hanno un potenziale importante impiego in dispositivi di spintronica. Questi riguardano sia dispositivi micro-elettronici sia dispositivi di trasporto di carica. Lo studio di film organici su superfici e nanostrutture ibride organiche inorganiche come nanotubi ed endoedri a base di carbonio hanno inoltre potenziali applicazioni biomediche, possibile utilizzo in nuovi sistemi fotovoltaici (celle solari), sensori per gas e dispositivi magnetoottici e permettono di catalizzare la reattività di particolari reazioni (literal)
Tecnologie
  • Viene per lo più utilizzata la beamline BACH che viene gestita dal personale della commessa con le sue 3 endstations. Qui è possibile crescere in situ film, interfaccie di metalli, ossidi, nanostrutture e layer di molecole per deposizione controllata epitassiale su superfici e caratterizzare in situ le loro proprietà elettroniche e magnetiche con una stazione che permette di fare ARPES,UPS,XPS,PhD, XMCD,XLD,XES,RIXS, LEED. E' possibile anche misurare liquidi con celle sviluppate nei nostri laboratori. E' disponibile anche una facility di per misure XMCD 6.5 T 2K. E' anche disponibile una facility per misure XAS/XMCD risolte in tempo con tecnica pump probe risoluzione di ~70ps Inoltre vengono fatte misure spettroscopiche presso altre beamline di facilities di luce di sincrotrone internazionali come SLS, APS, ESRF, SOLEIL (misure XMCD, RIXS, XPS,ARPES). Accanto a questo i laboratori di supporto dello IOM sono usati per caratterizzazione e sviluppo di metodologie avanzate. E' utilizzato anche un sistema di fotoemissione risolta in tempo, basato su un laser Ti:zaffiro amplificato e uno spettrometro emisferico con manipolatore criostatico e un spettrometro a tempo di volo (literal)
Obiettivi
  • Studiare la reattività di materiali esagonali a singolo strato tipo grafene, modificati chimicamente o nanostrutturati cresciuti per self assemply o surface assisted coupling Crescere interfacce magnetiche nuove e studiarne la struttura elettronica, orbitale e le proprietà magnetiche. Studiare lo strain e i processi a forte correlazione elettronica in ossidi misti e interfaccie. Studiare le proprietà magnetiche di molecole e composti metallo-organici autoassemblati su superfici di metalli e semiconduttori per applicazioni in sensori e dispositivi spintronici. Studiare le proprietà elettroniche e stimare la velocità di charge transfer in sistemi nanostrutturati ibridi (organici/inorganici) per applicazioni nel footvoltaico e in sensori. Comprendere la dinamica elettronica in stati eccitati da eccitazioni ottiche per definire i tempi operativi e le scale temporali di semiconduttori e ossidi di metalli di transizione da utilizzare in dispositivi. Determinare la struttura elettronica del DNA e sistemi di interesse biologico nel loro ambiente fisiologico (literal)
Stato dell'arte
  • - Per lo studio dei sistemi in fase liquida con spettroscopie basate su luce di sincrotrone è stato sviluppato una nuovo apparato sperimentale dedicato alla beamline BACH - Per lo studio dei sistemi magnetici in condizioni estreme è stata sviluppata e installata su BACH una stazione sperimentale state-of-the-art che permette di fare misure spettroscopiche a bassissime temperature (2 K) e altissimi campi magnetici (6.5 T). -È stata costruita una stazione UHV per la preparazione/crescita campioni connessa alla stazione XMCD ad alti campi magnetici - L'analizzatore di elettroni risolto in angolo è uno strumento allo stato dell'arte per svolgere esperimenti di fotoemissione in un ampio spettro di energie con luce polarizzata della beamline BACH e utilizzata per misure quali resonant ARPES, resonant PES, cd-ARPES, photoelectron diffraction, ma anche per misure spettroscopiche molto veloci per lo studio della reattività chimica in tempo reale - Per le misure pump probe è stato sviluppata su BACH una nuovo setup sperimentale che sincronizza laser e luce di sincrotrone polarizzata di BACH (collab. CNR-Elettra) -E' disponibile gapscan per misure XAS, RESPES e PhD -XAS con 4 diff. detectors (literal)
Tecniche di indagine
  • Le tecniche utilizzate si basano su sorgenti di luce di sincrotrone in grado di generare un flusso di fotoni temporalmente quasi-coerenti con energia variabile e con polarizzazione variabile (lineare e circolare). Inoltre sono utilizzate delle sorgenti laser a impulsi ultra-brevi per lo studio delle dinamiche risolte in tempo e laser per lo studio della fotocatalisi. Tecniche principali che utilizzano la polarizzazione ed energia variabile della beamline BACH (40 eV-1600 eV) e le stazioni sperimentali in UHV con criostato all'elio liquido e vari detector di fotoni e elettroni: - Fotoemissione con soft-x-rays (UPS, XPS, RESPES, PhD) - Spettroscopia di assorbimento da raggi X (XAS) ANCHE RISOLTA IN TEMPO (psec) e anche su liquidi - Dicroismo magnetico circolare e dicroismo lineare con raggi X (XMCD, XLD) - Spettroscopia di Emissione di raggi x (XES e RIXS) - Diffrazione da elettroni lenti (LEED) Inoltre presso altre beamline e laboratori (ELETTRA,ESRF,SLS,SOLEIL,APS..): - Fotoemissione risolta in angolo ad alta risoluzione energetica (ARPES) anche risonante e con luce polarizzata - XMCD e XAS in campi magnetici elevati - Fotoemissione risolta in tempo - RIXS (literal)
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