LSAM – Laboratorio di Spettroscopia Avanzata dei Materiali

I ricercatori del Laboratorio di Spettroscopia Avanzata dei Materiali studiano i fenomeni e i processi fisico-chimici che avvengono, su scala atomica, nanometrica e micrometrica, sulle superfici dei materiali.

Gli esperimenti sono condotti all’interno di un sistema di camere da Ultra Alto Vuoto (UHV) in cui si trova un microscopio a effetto tunnel (STM) che permette di ricostruire la topografia delle superfici con una risoluzione atomica ovvero dell’ordine del decimo di miliardesimo di metro. Il microscopio può inoltre operare come microscopio a forza atomica in modalità non contact.

Le superfici cristalline utilizzate negli esperimenti in ultra alto vuoto vengono rese il più possibile planari rimuovendo o risistemando gli atomi “disordinati” dello strato più superficiale tramite un processo detto di sputtering (bombardamento ionico). I campioni vengono in seguito ricristallizzati nella forma originaria per mezzo di un particolare trattamento termico detto di annealing. Su queste superfici vengono poi deposti per evaporazione degli strati per osservarne la disposizione delle singole molecole o atomi deposti.

I più recenti studi svolti al LSAM (e pubblicati su Langumir e Nanotechnology) hanno rivelato come alcune molecole di interesse nei processi di conversione dell’energia (fotovoltaico) tendono a migrare su di esso per riarrangiarsi in domini dai confini ben definiti e energeticamente vantaggiosi a seconda dei legami che si instaurano fra loro e col substrato.

La strumentazione del LSAM consiste attualmente in un sistema di Camere da Ultra Alto Vuoto (UHV) con annesso microscopio STM/nc-AFM della Specs GmbH modello Aarhus 150 ed elettronica Nanonis. Il sistema si compone di:

– Camera di inserimento rapido campioni
– Camera di preparazione (Riscaldamento e erosione tramite ioni argon)
– Camera di analisi con finestre per strumentazione standard da ultra alto vuoto
– Sistemi di pompaggio con pompe primarie, turbo molecolari, pompa ionica (pressioni limite in 5×10-10 mbar) e misuratori di pressione.

In questo momento è in corso l’acquisizione di nuova strumentazione che permetterà di ampliare le capacità spettroscopiche dell’apparato e di indagare le proprietà fisiche e chimiche di sistemi più complessi (film rugosi, materiali strutturati su diverse scale e altro) difficilmente analizzabili con l’STM. A seguito dell’upgrade si disporrà di:

– Sorgente di Raggi X monocromatizzate
– Sorgente di Raggi UV
– Analizzatore di elettroni emisferico
– Apparati di erosione con fascio ionico per studi di profili di profondità

Il LSAM è aperto alle attività di ricerca dei ricercatori dell’Unical, delle Università Italiane e dei Centri di Ricerca in Italia e all’Estero e intende così fornire alla comunità degli utilizzatori un ampio ventaglio di servizi per la caratterizzazione microscopica e spettroscopia delle superfici di materiali. Successivamente al potenziamento della strumentazione, l’accesso al laboratorio avverrà in seguito a chiamate per “proposal” valutati da un comitato scientifico esterno al pari dell’accesso agli altri laboratori dell’IR STAR.