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Dipartimento di Fisica - Politecnico di Milano

Studio delle proprietà strutturali di film sottili molecolari tramite assorbimento di raggi X

La attività di tesi riguarda la caratterizzazione di film sottili molecolari tramite una tecnica che studia la struttura fine delle soglie di assorbimento di raggi X (NEXAFS - Near Edge X-ray Adsorption Spectroscopy) con luce polarizzata linearmente. La tecnica NEXAFS permette di determinare l’orientazione spaziale dei legami molecolari: applicata a molecole complesse come porfirine o ftalocianine, contenenti composti aromatici come pirroli o anelli benzenici, permette di stimare l’inclinazione di tali composti rispetto al substrato di appoggio, e di conseguenza determinare l’orientazione relativa della molecola ed eventuali distorsioni legate al processo di adsorbimento. Tali molecole, caratterizzate dalla presenza di uno ione metallico che ne determina le proprietà ottiche ed elettroniche, sono presenti anche in natura in numerosi composti colorati (ad es. clorofilla, emoglobina) e trovano applicazione in dispositivi quali celle solari e sensori di gas. Con l’obiettivo di realizzare dispositivi elettronici ibridi organico-inorganico, la ricerca si è focalizzata sullo studio delle proprietà di sistemi molecolari caratterizzati da un elevato ordine strutturale ed elettronico, come film sottili di molecole.

La ricerca proposta, di carattere fondamentale, prevedrà inizialmente l’ottimizzazione delle procedure di preparazione del substrato cristallino e di crescita dei film molecolari in ambiente controllato. La crescita, in particolare, sfrutterà la tecnica di epitassia da fasci di molecole organiche (OMBE – Organic Molecular Beam Epitaxy) in modo da permettere la crescita di film ordinati di spessore variabile da frazioni di singolo strato molecolare a multistrati. La struttura cristallina dei film molecolari sarà determinata tramite tecniche di diffrazione di elettroni a bassa ed alta energia (LEED - Low Energy Electron Diffraction e RHEED – Reflection High Energy Electron Diffraction, rispettivamente). La tecnica NEXAFS è caratterizzata da un’ottima selettività chimica ed è in generale sensibile alla struttura elettronica di valenza. Sarà quindi utilizzata per fornire informazioni complementari a quanto ricavato tramite tecniche di fotoemissione con raggi X e UV (XPS – X-ray Photoemission Spectroscopy e UPS – UV Photoemission Spectroscopy, rispettivamente), nonché tramite tecniche di fotoemissione inversa (IPES – Inverse Photoemission Spectroscopy). Gli interessati sono pregati di consultare la bibliografia allegata, che presenta due studi svolti dai proponenti di questa attività negli ultimi anni.

La tecnica NEXAFS richiede una sorgente di luce di sincrotrone, disponibile presso grandi centri di ricerca italiani o stranieri per periodi di tempo generalmente limitati a pochi giorni. La maggior parte dell’attività di tesi, preparatoria per l’esperimento NEXAFS, si svolgerà presso il laboratorio “VESI” del dipartimento di fisica. È auspicabile che lo studente abbia famigliarità con le nozioni di base della fisica delle superfici, fornite nei corsi della laurea magistrale in ingegneria fisica (indirizzo nanotecnologie e tecnologie fisiche). La tesi richiederà la presenza dello studente in laboratorio a tempo pieno (da lunedì a venerdì) avrà una durata minima di sei mesi.

 

Bibliografia:

A. Calloni, M.S. Jagadeesh, G. Bussetti, G. Fratesi, S. Achilli, A. Picone, A. Lodesani, A. Brambilla, C. Goletti, F. Ciccacci, L. Duo, M. Finazzi, A. Goldoni, A. Verdini and L. Floreano “Cobalt atoms drive the anchoring of Co-TPP molecules to the oxygen-passivated Fe(001) surface” Appl. Surf. Sci. 505 (2020) 144213 (DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.144213)

A. Picone, D. Giannotti, A. Brambilla, G. Bussetti, A. Calloni, R. Yivlialin, M. Finazzi, L. Duò, F. Ciccacci, A. Goldoni, A. Verdini and L. Floreano  “Local structure and morphological evolution of ZnTPP molecules grown on Fe(001)-p(1 × 1)O studied by STM and NEXAFS” Appl. Surf. Sci. 435 (2018) 841–847 (DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.11.128)



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