Spettroscopia Raman - Dipartimento di Fisica

Spettroscopia Raman (e non solo) @ Dip. FISICA:
In viaggio nell’interdisciplinarietà
Chi siamo?
Dove siamo?
Qui sotto
E
P
R
Raman
Pietro Galinetto - Resp. Lab. Raman
Maria Cristina Mozzati - Resp. Lab EPR
Enrico Giulotto
Vittorio Bellani (a seguire dal vivo)
Scienza dei materiali
¾energetica, spintronica, fotonica,
elettrochimica
¾Famiglia Carbonio
¾Nanomedicina - Biotecnologie
¾Beni Culturali
¾Scienze forensi
¾Mineralogia
Raman and EPR Research Unit on Materials Science
In quali ambiti di ricerca?
Con chi?
Collaborazioni nazionali e internazionali
UniMi, UniMiB
CNR-Mi
UniCatt-Bs, Elettra-TS
UniPR, UniSa
UniGe, IIT
Fondazione Arvedi
Polizia di Stato – Racis
Arkedos – Sovrintendenza
BBCC Aosta
…..
A.S. CR (Prague)
R.A.S. S.Petersburg(Russia)
UAM –Madrid
Hebej Un. Tianjin-China
…
Come?
Attività Sperimentale a Pavia:
Spettroscopia Raman
EPR + Susc. Mag.
Foto/Termo-Luminescenza Fototrasporto
+ …(vedi altre presentazioni)
Possibilità di tesi
specialistiche e
triennali
Electron Paramagnetic Resonance
or It’s fun to flip electrons!
Energia Æ ν = 9 GHz
EPR: rivela transizioni di dipolo magnetico in sistemi paramagnetici diluiti
Indagine dello stato fondamentale, delle caratteristiche di simmetria dell'intorno,
delle interazioni magnetiche locali di ioni di elementi di transizione e di terre rare.
Individuazione di difetti paramagnetici preesistenti o indotti.
Raman Spectroscopy
1 in 107 photons is scattered inelastically
700
HS mod
CS mod
maghe1
maghe2
maghe3
20000
500
virtual
state
Excitation
Raman Intensity (arb.units)
Raman Intensity (arb.units)
600
400
15000
Scattered
P2O5
300
v” = 1
v” = 1
v”v”= =0 0
200
10000
Infrared
Infrared
(absorption)
(absorption)
100
5000
virtual
state
Raman
Raman
(scattering)
(scattering)
0
200
400
600
800
1000
-1
Raman Shift (cm )
0
Rotational
200 Raman
400
Vibrational Raman
Electronic Raman
600
800
1000
1200
-1
Raman Shift (cm )
1400
1600
1800
Vibrational spectroscopies
da “Introduction to vibrational spectroscopies” J. Serrano
SERS Surface Enhanced Raman Scattering
Fattori di amplificazione (EF) nel range 103 ÷1014
CARATTERISTICHE FONDAMENTALI
¾ Amplificazione sezione d’urto
¾ Ottima risoluzione spaziale (10nm)
¾ Analisi di singola molecola
Materiali recentemente studiati e in fase di studio:
¾ Sistema TiO2 – cristalli singoli, film sottili, superfici con
impiantazione ionica
36 pubblicazioni
¾ Nanoparticelle di Ossido di Ferro
negli ultimi 3 anni
¾ Eterostrutture CdTe /(Cd,Mn)Te
¾ Vetri antibatterici con attività SERS Scienza dei materiali (energetica, spintronica,
¾ Interfaccia Mn:Ge(111)
fotonica, elettrochimica)
15
¾Interfaccia Mn-GaSe(0001)
Eterostrutture QC SC III-V
4
Famiglia Carbonio
8
¾ Eterostrutture GaAsN/GaAsN:H
3
¾ Nanotubi di Carbonio funzionalizzatiNanomedicina
Beni Culturali
3
¾ LiNbO3 drogato
Scienze forensi
?
¾Semiconduttori magnetici amorfi Si:B:Mn
Mineralogia
3
¾ Eterostrutture ferromagnetiche di graphene-Mn(x)Si(1-x)
cresciute su on 6H-SiC(0001)
¾ Ortosilicati di litio Li2MSiO4 (M= Fe, Mn)
¾ Puddinga Teatro Romano Aosta
¾ Studio di centri EPR attivi in cordieriti e zaffiri gialli
¾ Materiali ibridi (organo/inorganici) biocompatibili (Si-Zr)O2 /PCL e
(Si-Zr)O2 /PEG.
¾ Rivelazione di tracce di sangue tramite spettroscopia Raman
7
Correlazioni tra comportamento magnetico, proprietà
strutturali e proprietà elettroniche in ossidi funzionali o
in semiconduttori magnetici diluiti Æ SPINTRONICA
TiO2
Mn-GaSe(0001)
arXiv.org > cond-mat > arXiv:1303.1984
Mozzati – Galinetto
Lo studio e la realizzazione di vetri funzionalizzati ad attività antibatterica
sono di notevole importanza per tutte le applicazioni connesse all’impianto di
dispositivi medicali e in tutte le situazioni nelle quali l’interfaccia tra un
dispositivo impiantato e i tessuti diventa sede preferenziale per la formazione
di biofilm batterici. Æ
S
S
Si O Si
O O
SH
O
S
S
Si O Si
O
O
Si O
O
SERS
SH SH S
O
Si O Si O Si O
O O O
S
DFO-SH
S
SH
Si O Si
O O
O
Si O
O
GLASS
S
S
SH
S
O
Si O
O
S
Si O Si
O
O
GLASS
Si O Si
O
O
SH SH S
O
Si O Si O Si O
O O O
GLASS
SH SH S
S
Si O Si
O O
S
S
O
Si O Si O Si O
O O O
Ag
NPs
S
Si O Si
O O
SH
O
Si O
O
S
S
Si O Si O
O
O
SH SH S
Si O Si O Si O
O O O
GLASS
Galinetto
Alterazione cromatica della Puddinga
(c)
2 µm
Raman Intensity (arb.units)
fibra cotone
fibra cotone insanguinata
differenza
2500
800
2000
Raman Intensity (arb.units)
Raman Intensity (arb.units)
3000
1500
1000
500
0
200
400
600
800
1000
-1
Raman Shift (cm )
700
600
500
400
300
200
1200
100
6000
4000
2000
0
200
Mozzati
– Galinetto
+ EPR
400
600
800
1000
1200
-1
Raman Shift (cm )
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
-1
Raman Shift (cm )
Galinetto
Rilevamento tracce di sangue – Scienze Forensi
2000
Eterostrutture di fili GaAsN/GaAsN:H su substrato di GaAs
Imaging mediante PL di fili di differente spessore
Presenza di strain reticolare
GaAsN
GaAs
Il film iniziale GaAsN su substrato GaAs, di
spessore 200 nm, è in condizioni di strain tensile.
L’eterostruttura di fili GaAsN fra barriere di
GaAsN:H è ottenuta mediante idrogenazione
selettiva.
Lo strain nell’eterostruttura fili/barriere risulta
modulato spazialmente.
La polarizzazione della emissione in PL (ρ) si
correla con la modulazione dello strain (εxx)
teoricamente calcolato.
R. Trotta et al., APL 94, 261905 (2009)
Giulotto
Mappatura dello strain in fili GaAsN/GaAsN:H mediante Raman scattering
La frequenza del fonone LO dipende dallo stato di strain (in valore e segno) del materiale
292.7
Caratterizzazione di Egap mediante fotoriflettanza
GaAs-like
292.0
GaAs-like
(c) Andamento della frequenza del fonone LO GaAslike lungo una linea perpendicolare ad un filo.
Frequency (cm-1)
(d) L’andamento dell’intensità integrata del modo
localizzato Ga-N lungo la medesima linea segue in
modo accurato la variazione della composizione.
M. Geddo, E. Giulotto, M. Grandi, M. Patrini et al. , APL 101, 191908 (2012)
Raman Modes in Carbon Materials
¿?
Diamond
sp3 (3D) 1332 cm-1
Graphite
Chain
sp2 (2D) 1582 cm-1
sp1 (1D) 1855 cm-1
Graphene
Nanotubes (MW/SW)