Gas Phase Photoemission beamline

Marcello Coreno -

Robert Richter (Elettra-ST)  

Michele Alagia (CNR-IOM) 

Kevin C. Prince (Elettra-ST) 

Fabio Zuccaro -

Monica de Simone (CNR-IOM) 

Cesare Grazioli (CNR-IOM) 

Lorenzo Avaldi -

 

Sede di Trieste

Elettra Sincrotrone - Trieste

 

Attività Scientifica

La linea di luce di "Fotoemissione in fase gassosa" (GasPhase) e' l'unica ad Elettra specificatamente dedicata alla ricerca su sistemi isolati in fase gassosa. E' cogestita da un gruppo di ricerca(GdR) di Elettra - Sincrotrone Trieste e CNR  (istituti ISM e IOM).
Una sorgente di luce da ondulatore fornisce alta intensità fotonica tra i 13 e i 900 eV ad un monocromatore di alta risoluzione (Iph> 1011 ph/s; E/E > 104 ). Sono disponibili due porte di uscita della luce per gli esperimenti: la linea principale GasPhase (gamma alta tensione: 13-900 eV) e la diramazione GasPhase (gamma alta tensione: 13-250 eV). Diversamente dalla maggior parte delle altre linee di luce di Elettra, la stazione sperimentale non è fissa, ma sono disponibili diverse camere intercambiabili per gli esperimenti. Inoltre gli utenti possono portare le  proprie apparecchiature, a condizione che siano compatibili con i requisiti della linea di luce. Sulla branch-line è disponibile un laser al picosecondo, tunabile nel range 700-1000 nm (Tsunami, SpectraPhysics, ~83 MHz) e sincronizzabile  con la radiazione di sincrotrone, per esperimenti pump-probe.
I progetti di ricerca del GdR e degli utenti di GasPhase coprono le seguenti aree di attività:

  • studi ad alta risoluzione della struttura elettronica e dinamica di atomi e molecole (con fotoassorbimento ai livelli di core, fotoemissione e fluorescenza dispersa);
  • caratterizzazione di gas reattivi, radicali, specie transitorie (spettroscopie di coincidenza di elettroni e ioni);
  • studi di molecole complesse (molecole organiche e d'interesse biologico,  complessi organometallici);
  • studi di cluster inorganici e organici;
  • studi della correlazione elettronica in atomi e molecole  attraverso processi di  doppia fotoionizzazione diretta, fotoionizzazione, fotoeccitazione e rilassamento di orbitali interni;
  • sviluppo di nuova strumentazione per lo studio delle interazioni a molti corpi in sistemi complessi.

Strumentazioni

La linea di luce è attualmente equipaggiata con diverse camere sperimentali intercambiabili:

  • Apparato per esperimenti di multicoincidenza, risolti in  angolo e di coincidenza elettrone-elettrone in configurazione multicanalePEPECO
  • Apparato Velocity Map Imaging (VMI)
  • Apparato VG-220i per esperimenti di fotoemissione e spettrometria di massa di vapori condensabili , equipaggiato per misure in coincidenza ione-elettrone PEPICO
  • Apparato per misure di spettroscopia di massa PEPICo su fasci molecolari.
  • ARPES, per esperimenti di fotoemissione risolti in angolo su specie molecolari aggressive (radicali, transienti, specie reattive)
  • SCIENTA SES-200 analizzatore di fotoelettroni ad alta risoluzione (in collaborazione con Università di Uppsala, Svezia).
  • Apparati PIFS e XUV-PIK, per esperimenti di emissione di fotoni dispersi con, rispettivamente, monocromatore UV-Vis e/o spettrometro compatto XUV (in collaborazione con  IFN-CNR, Padova).PIFS
  • Sorgente di cluster di materiali refrattari CESyRa "Cluster Experiment with Synchrotron Radiation" adattata per esperimenti di fotoionizzazione (compatibile per UHV) mediante tecniche di multi coincidenza elettrone – ione (in collaborazione con il prof. Paolo Piseri, Univ. of Milano e NFFA).
 
Pubblicazioni rilevanti

 

 

E' stata realizzata una completa caratterizzazione della struttura elettronica in fase gassosa del PPT (2,8-bis(difenilfosforil)-dibenzo[b,d]tiofene), un promettente materiale fosforescente ambipolare recentemente introdotto nei diodi organici per emissione di luce (OLED). Questo sistema può essere considerato formato da due gruppi di ossido di difenilfosfina (dPPO) che funzionalizzano il piccolo nucleo di dibenzotiofene (DBT). Il PPT è caratterizzato da un'elevata energia di tripletto ed è noto come materiale di trasporto di elettroni per gli OLED blu, sublimabile in vuoto. La molecola di ossido di trifenilfosfina (TPPO) è stato scelta come il composto modello dei gruppi dPPO nel PPT. Lo studio, sia  sperimentale che teorico,  ha combinato l'uso del funzionale di densità (DFT)per la descrizione della struttura elettronica di TPPO e PPT con la spettroscopia a raggi X di fotoemissione e di assorbimento, con risoluzione della struttura fine alle soglie di carbonio e ossigeno 1s. Lo studio rivela in dettaglio l'impatto dei singoli blocchi funzionali sulla struttura elettronica dell'intera molecola PPT. Inoltre, conferma che i gruppi di ossido di fosfina agiscono come punti di rottura della coniugazione π tra il nucleo del DBT del PPT e i gruppi esterni, lasciando le strutture elettroniche del composto praticamente uguali a quelle della frazione centrale del DBT.

"Reprinted
with permission from {A. Guarnaccio, et al,  The Journal of Physical Chemistry C  124 ,9774}. Copyright {2020} American Chemical Society."
C K-edge NEXAFS spectrum of PPT, together with plots of LUMO  excitations with different location of the core-hole.

E' stata realizzata una completa caratterizzazione della struttura elettronica in fase gassosa del PPT (2,8-bis(difenilfosforil)-dibenzo[b,d]tiofene), un promettente materiale fosforescente ambipolare recentemente introdotto nei diodi organici per emissione di luce (OLED). Questo sistema può essere considerato formato da due gruppi di ossido di difenilfosfina (dPPO) che funzionalizzano il piccolo nucleo di dibenzotiofene (DBT). Il PPT è caratterizzato da un'elevata energia di tripletto ed è noto come materiale di trasporto di elettroni per gli OLED blu, sublimabile in vuoto. La molecola di ossido di trifenilfosfina (TPPO) è stato scelta come il composto modello dei gruppi dPPO nel PPT. Lo studio, sia  sperimentale che teorico,  ha combinato l'uso del funzionale di densità (DFT)per la descrizione della struttura elettronica di TPPO e PPT con la spettroscopia a raggi X di fotoemissione e di assorbimento, con risoluzione della struttura fine alle soglie di carbonio e ossigeno 1s. Lo studio rivela in dettaglio l'impatto dei singoli blocchi funzionali sulla struttura elettronica dell'intera molecola PPT. Inoltre, conferma che i gruppi di ossido di fosfina agiscono come punti di rottura della coniugazione π tra il nucleo del DBT del PPT e i gruppi esterni, lasciando le strutture elettroniche del composto praticamente uguali a quelle della frazione centrale del DBT.

"Reproduced from P. Bolognesi, et al. Frontiers in Chemistry, 7 (2019) 151 "
Spettro NEXAFS del 2-nitroimidazolo misurato alla soglia K per C, N, e O K e isosuperfici degli orbitali LUMO e LUMO+1

E’ ben noto che atomi e molecole inglobate ingocce di elio (He) fotoeccitatesi ionizzano per rilassamento interatomico (ionizzazione di tipoPenning). In questo lavoro, indaghiamo la ionizzazione Penning di oligomeri acetilenici all'energia di fotoeccitazione di nanogocce di He. In stretta analogia con la spettroscopia elettronica Penning convenzionale mediante collisioni atomiche termiche, la banda di fotoeccitazione n = 2 svolge il ruolo dell'atomo metastabile 1s2s 3,1S He*. Ciò facilita la spettroscopia elettronica degli aggregati di acetilene nell'ambiente sub-Kelvin dell'elio, fornendo le seguenti informazioni sulla loro struttura: i cluster di molecole sono complessi van der Waals debolmente legati, più che composti covalenti. Inoltre, questo lavoro evidenzia un processo Penning generato dalla banda n = 4,nel quale il trasferimento di carica da He autoionizzato nelle gocce è noto per essere il canale di rilassamento dominante. Questo permette lo studio degli stati eccitati dei risultanti ioni-Penning. Abbiamo così dimostrato come la spettroscopia elettronica tramite ionizzazione Penning di goccioline drogate sia una tecnica efficace per studiare oligomeri di molecole di droganti delle gocce d'elio.

"Reproduced from S. Mandal et al. PCCP. 22(2020)10149 with permission from the PCCP Owner Societies."
Schema dell'esperimento VMI-PEPiCo su oligomeri acetilenici in nanogocce di He

Progetti Gasphase

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