Auto-organizzazione alla superficie in materiali complessi 

Dott. Rosanna Larciprete (primo ricercatore)

Dott. Antonio Di Trolio   (ricercatore)

Dott. Stefano Iacobucci (ricercatore)

Dott. Mauro Satta (ricercatore)

Dal punto di vista della complessità lo studio dei materiali si configura come ricerca volta alla sintesi ed alla caratterizzazione chimico-fisica di materiali di interesse tecnologico, con particolare considerazione per sistemi in cui l’interazione tra le diverse componenti dia luogo sia a fenomeni di crescita auto-organizzata, sia all’insorgere di proprietà peculiari.

 L’interesse è rivolto a  processi irreversibili che avvengono sia in condizioni prossime all’equilibrio sia fuori dall’equilibrio termodinamico e che danno origine a fenomeni aggregativi, caratterizzati da un’enorme variabilità di scala, in cui a volte la molteplicità dei gradi di libertà può determinare strutture energeticamente simili ma topologicamente diverse.

Le proprietà ottiche ed elettroniche dei materiali molecolari sono generalmente anisotrope, e quindi lo studio della struttura elettronica e delle caratteristiche  morfologiche è di fondamentale importanza. In tal modo per sistemi molecolari ad elevato grado di disomogeneità spaziale e strutturale -come nel caso dei film sottili, dove la natura e la forza delle singole interazioni molecolari favoriscono l’insorgenza di polimorfismo su grande scala- è possibile correlare le caratteristiche microscopiche  con le proprietà chimico-fisiche macroscopiche.

I sistemi più frequentemente presi in considerazione sono oligomeri e molecole organiche di dimensioni medie, che nel processo di adsorbimento si organizzano spontaneamente in insiemi ordinati. In particolare i sistemi planari ricchi di stati elettronici di tipo p, quali le metallo-ftalocianine ed i poliaceni, trovano riscontro applicativo in nanotecnologia ed elettronica molecolare.  

Presso la sezione staccata di Monterotondo dell’ISC esiste una linea di ricerca finalizzata allo studio di questi sistemi che prevede la crescita di film sottili di materiali nanostrutturati auto-organizzati utilizzando l’epitassia da fasci molecolari organici. La fase di caratterizzazione si avvale di diagnostiche ottiche ed elettroniche in situ quali LEED, spettroscopia Auger,  spettroscopia EELS risolta in angolo e spettroscopia UPS, idonee a fornire informazioni strutturali e funzionali sull’interfaccia durante tutte le fasi del processo di crescita.

Utilizzando tali tecniche è possibile il controllo dello stato chimico sia del substrato sia del film organico,  la determinazione dei trasferimenti di carica fra film molecolare e substrato, lo studio della struttura della superficie sia in presenza dello strato molecolare, valutando la presenza di ordine a lungo range e quindi di auto-organizzazione; è anche possibile l’identificazione delle transizioni ottiche HOMO-LUMO e della configurazione energetica dell’eterogiunzione .

La linea di attività prevede anche la crescita mediante ablazione laser di film sottili di ossidi trasparenti e/o conduttori da utilizzare come substrati per la deposizione dei  composti organici. L’ablazione laser consente di produrre strati sottili di materiale con elevato grado di omogeneità chimica e strutturale e, utilizzando opportune geometrie di deposizione, anche minimizzare la concentrazione di particolato alla superficie. Il sistema di crescita è pensato per essere implementato per il traferimento dei film da e verso il sistema ultra alto vuoto senza esposizione all’atmosfera.

I risultati sperimentali saranno confrontati con studi di dinamica molecolare basata su force field interionici, interatomici e intermolecolari per esplorare le superfici multidimensionali di energia potenziale e identificare i bacini di attrazione presenti nello spazio

 [1] U. Haas, A. Haase, H. Maresch, B. Stadlober, G. Leising,  Polytronic 2004, IEEE Int’l Conf. on Polymers &

 Adhesives.

Messa a punto dell'apparato da ultra-alto vuoto