La linea di luce di "Fotoemissione in fase gassosa" (GasPhase) e' 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)-
I progetti di ricerca del GdR e degli utenti di GasPhase copre 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
La linea di luce"GasPhase" è lo strumento ideale per indagini dettagliate con radiazione di sincrotrone della spettroscopia e della dinamica in atomi, molecole e cluster isolati in fase gassosa.
SPECIFICHE TECNICHE
GasPhase
- linea principale: intervallo energetico 13-900 eV
- linea secondaria: intervallo energetico: 13-250 eV.
- Flusso: fino a 1014ph/s @100 eV, 0.1% bandwidth,
- Risoluzione spettrale : E/ΔE ≥ 10000
- Spot size al target: ≈250x250 µm.
La linea di luce è attualmente equipaggiata con diverse camere sperimentali intercambiabili:
1. Apparato per esperimenti di multicoincidenza, risolti in angolo e di coincidenza elettrone-elettrone in configurazione multicanale (fig.2)
2. Apparato Velocity Map Imaging (VMI) (fig. 3)
3. Apparato VG-220i per esperimenti di fotoemissione e spettrometria di massa di vapori condensabili , equipaggiato per misure in coincidenza ione-elettrone PEPICo (fig. 4).
4. Apparato per misure di spettroscopia di massa PEPICo su fasci molecolari.
5. ARPES, per esperimenti di fotoemissione risolti in angolo su specie molecolari aggressive (radicali, transienti, specie reattive)
6. SCIENTA SES-200 analizzatore di fotoelettroni ad alta risoluzione (Fig. 5; in collaborazione con Università di Uppsala, Svezia).
7. 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).
8. 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).
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.
Maggiori dettagli:
www.elettra.eu/elettra-beamlines/gasphase.html
TECNICHE DISPONIBILI
- XAS: foto assorbimento nei raggi X e nel VUV
- UPS; XPS e spettroscopia Auger
- Spettrometria di massa
- Fluorescenza e spettroscopia photon-in-photon-out
- Spettroscopia di coincidenza elettrone-elettrone PEPECo
- Spettroscopia di coincidenza elettrone-ione PEPICo
- Velocity Map Imaging VMI
Apparato VMI
VG 220i electron analyzer
SCIENTA SES-200 electron analyzer
CAMPIONI
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Tutti i sistemi in fase gassosa o che possono essere portati in fase gassosa (atomi, metalli, molecole, biomolecole, cluster inorganici e organici, radicali e specie reattive)
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Linea di inserzione per gas o vapori da liquidi o da solidi ad alta tensione di vapore
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Fascio diffuso di molecole provenienti da forno anti-induttivo (T=20°-480°C)
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Cluster atomici e molecolari prodotti con varie tecniche con getti supersonici.
UTILIZZATO PER
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Studi di correlazione elettronica in atomi e molecole
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Studi ad alta risoluzione della struttura e della dinamica elettronica di atomi e molecole;
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Caratterizzazione di gas reattivi, radicali, specie transitorie;
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Studi di molecole complesse (molecole biologiche e altre molecole organiche e complessi organometallici)
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Studi di cluster inorganici e organici
ESEMPI APPLICATIVI
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.
Si veda: "PPT Isolated Molecule and Its Building Block Moieties Studied by C 1s and O 1s Gas Phase X‑ray Photoelectron and Photoabsorption Spectroscopies"
A. Guarnaccio et al. J. Phys. Chem. C 124 (2020) 9774
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.0c01764
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.
Si veda:
"Penning spectroscopy and structure of acetylene oligomers in He nanodroplets"
S. Mandal et al. PCCP. 22,(2020) 10149
https://doi.org/10.1039/D0CP00689K
L’accordabilità in energia della radiazione di sincrotrone è stata utilizzata per studiare l'eccitazione e la ionizzazione del 2-nitroimidazolo alle soglie K di C, N e O. La combinazione di diversi tipi di misure (spettroscopia fotoelettronica a raggi X, spettroscopia di fotoassorbimento vicino la soglia, spettroscopia resonant Auger e spettrometria di massa) e modeling computazionale hanno rivelato con successo gli effetti locali dovuti all'ambiente chimico sia sull'eccitazione / ionizzazione che sulla frammentazione della molecola.
Si veda: "Core Shell Investigation of 2-nitroimidazole"
P. Bolognesi, et al. Frontiers in Chemistry, 7 (2019) 151
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fchem.2019.00151/full
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