Tecnologia: impulsi laser ultracorti per studiare le proprietà dei materiali

Nei laboratori di spettroscopia ultraveloce del Centro Ricerche ENEA Casaccia si stanno studiando nuove tecniche basate su impulsi laser ultracorti per identificare i legami chimici presenti nella materia tramite lo spettro vibrazionale. Parte di questa attività che apre nuove prospettive nel campo della ricerca biomedicale e della scienza dei materiali, viene svolta in collaborazione con la Texas A&M University, nell’ambito del progetto triennale SPEED (SPEttrometro Raman coerente al fEmtosecondo a bassi numeri d’onDa”), finanziato dal Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale.

“Si tratta di un progetto di spettroscopia, nel quale si sfruttano le particolari proprietà degli impulsi ultracorti con l’obiettivo di misurare mappe vibrazionali, ovvero localizzare specifici composti chimici nei materiali in esame”, sottolinea Mauro Falconieri, ricercatore ENEA e coordinatore del progetto.

Nell’ambito di questa attività si sta sviluppando uno spettrometro per la misura degli spettri vibrazionali nella regione del terahertz^[1], Queste sono le frequenze di vibrazione dei legami chimici fra gruppi molecolari pesanti, il cui studio consente di ricavare informazioni utili sulla conformazione di molecole complesse, come le proteine, e sulla struttura di nanomateriali.

“A tutt’oggi, gli strumenti per la spettroscopia nella regione del terahertz non consentono di sondare localmente un campione oppure richiedono lunghi tempi di acquisizione, non sempre accettabili in pratica”, prosegue Falconieri.

Lo sviluppo dello spettrometro basato sugli impulsi laser ultracorti, invece, consentirà di fare imaging vibrazionale con risoluzione micrometrica, migliorando la sensibilità della misura rispetto alle tecniche convenzionali già mature, riducendo di gran lunga i tempi di acquisizione. Le applicazioni previste andranno dal campo biomedico, per lo studio, ad esempio, di processi biologici legati a malattie degenerative, a quello energetico, per lo studio di materiali nanofasici bidimensionali, utili per la realizzazione di elettrodi per celle fotovoltaiche ed elettrochimiche, o di dispositivi optoelettronici, come ad esempio i display.

“Il gruppo di ricerca multidisciplinare che lavora al progetto coinvolge diverse competenze presenti in ENEA e si avvale del contributo del professor Eugenio Del Re dell’Università di Roma La Sapienza. Al termine del progetto si disporrà di un nuovo strumento diagnostico utilizzabile per un ampio spettro di tematiche di interesse dell’Agenzia e potenzialmente ingegnerizzabile dalle imprese operanti nel campo della fotonica ”, conclude Falconieri