Spettroscopia ottica di sistemi disordinati -...
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Spettroscopia Spettroscopia ottica ottica di di sistemi sistemi disordinati disordinati R. R. Eramo Eramo Laboratorio Raman Dip. Fisica (High-Res Raman) (Brillouin) Laboratori LENS: Disordered systems (HD-TG), Ultrafast Spectroscopy (OKE)
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SpettroscopiaSpettroscopia otticaotticadidi sistemisistemi disordinatidisordinati
R. R. EramoEramo
Laboratorio RamanDip. Fisica
(High-Res Raman)
(Brillouin)
Laboratori LENS:
Disordered systems (HD-TG), Ultrafast Spectroscopy (OKE)
Andrea Taschin PD Paolo Bartolini R Marilena Ricci R
Jacopo Malfanti L Riccardo Cucini L Carolina Ziparo D
Renato Torre RFabrizio Barocchi PORoberto Eramo R
1 PO, 4 R, 1 PD, 1 D, 2 L
Sistemi
Acqua Pura (sottoraffreddata) Soluzioni saline/zuccherateAcqua confinata (vycor)Microemulsioni (PFPE, AOT)
Tecniche sperimentali
✗Heterodyne Detected Transient Grating✗Optical Kerr Effect Spectroscopy ✗High Resolution Raman Spectroscopy
NON-LINEAR SPECTROSCOPY
Time-resolved four wave mixing
E1
E2
∆χ
EprEs
Time
ExcitationProbing
τ
HDHD--TG data on PFPE TG data on PFPE waterwater--inin--oil oil microemulsionsmicroemulsions
Without water: no thermal absorbtion (just electrostictive
force is driving the grating)
The pressure waves modulate the grating
amplitude at the sound frequency Decay of the sound
Decay of the grating by thermal diffusivity
δεDue to water O-H ir
overtone absorbtion W/S/O has δTo driving term
Dati di elevata qualita’ per lo studio della Dinamica delle Fluttuazioni di Densita’
Accesso ad una Finestratemporale estesa (6 decadi)
da fast (nsec) a slow (msec)
• Processi Acustici,
• Termici
• Strutturali
Time-resolved Optical Kerr Effect
τEprobe
Eex
Esignal
polarizer
sample
Time Domain
Frequency Domain 1 10 100 1000
0
1
2
3
4
m-toluidine
290 K
280 K
300 K
LS data295 K
OKE data280 K
273 K
Frequency [GHz]
χ''(ω)
Studio della Dinamica Rotazionale (eTraslazionale per polar. Isotropa)
Accesso ad una finestra Temporaleestesa (4 decadi)
Dinamica Veloce ~50 fsDinamica lenta (con sonda CW) ~ 1 ms
✗Il rumore interviene in regioni spettrali diverse per le due tecniche: utile avere entrambe
✗ Effetti di rilassamento: memorie caratteristiche della risposta disistemi vetrosi o sottoraffreddati (acqua, glicerolo, metatoluidina), effetti di confinamento
✗Microemulsioni: è possibile osservare effetti di percolazione con le nostre misure? Esistono effetti di confinamento di acqua per questo tipo microemulsioni? (PFPE acqua-in-olio, AOT)
✗ Spectroscopia di Effetto Kerr: messa a punto di un sistema a range temporale esteso presso il LENS (CW/Pulse probing: 1 ms-1 fs)
✗ Possibilità di misure ad alta pressione (~ 1 KBar) di acquasottoraffreddata
✗ Integrazione tra le misure OKE e la spettroscopia Raman ad altarisoluzione (spettrometro Sopra, presso il Dip. di fisica)
Attivita’ recente e futura
FineFine
Photo-correlationspectroscopy
Ligth scattering
Supercooled and glass dynamics
Impulsive Time-Resolved Spectroscopy
CW probing-pulsed excitation
Pulsed probing-pulsed excitation
log(t) 1 ms 1 µs 1 ns 1 ps 1 fs
Our goal
Liquid polymer glass-former example
✗ A standard OKE set-up allows to investigate a time range nearly coincident with the light scattering one (it is necessary to stretch the pulses at longer times)✗ By adding a CW probing capability(*) (eg. VERDI as probe, fast pd+ digital oscilloscope, as in a TG experiment) the OKE set-up overlaps the photo-correlation spectroscopy range
(*) Faier
Range Misure OKE
Millennia 5W, 532 nm
Ti:Sa, Kerr lens, Mode-Locked80 Mhz, 0.5 W (5 nJ, 20 fs)
Nd:YAG, diode-pumpedQ-switched, 1 Khz, 10 W
CW pump
Oscillator
Compressor
Amplifier
Stretcher
KHz pump
1 Khz 800 nm (500 µJ, 50 fs)
1 Khz 800 nm (500 µJ, 50 fs)
Nuova facility OKE al LENS
Set-up per la misura di Effetto Kerr Ottico con rivelazione eterodina
Chopper
SAMPLE
BOXCAR
NDF
λ/4
L1
P0
Pump BS1
BS2
Probe
ODL
P1
P2
PC
DPD
Torre, Bartolini, RighiniNature (2004)
Reticolo Transiente (HD)
Epr
Es
Eex
Eex
V
H
q
θ
10-2 10-1 100 101 102 103
T = 283 K
TG S
igna
l
0 200 400 600 800 Time [µs]
o-ter-phenyl
• Processi Acustici,
• Termici
• Strutturali
Dati di elevata qualita’ per lo studio della Dinamica delle Fluttuazioni di Densita’
Accesso ad una Finestratemporale estesa (6 decadi)
da fast (nsec) a slow (msec)
Set-up per la misura di Reticolo Transiente con Riveazione eterodina
CW single-mode Laser
Regenerative Amplifier
Phase Grating
APD
Sample
InterferentialFilter
CW probe
AL2
CL1
DigitalOscilloscope
Pulsed Excitation
Nd-YAG Mode-locked Laser
AL1
CL2
El
Epr
Phase Control Neutral Filter
Chopper
El+ES
DM
Eex
Eex
Epr
λ=532 nm
λ=1064 nm, ∆t=100 ps M
M
M
M
✗ Is it experimentally posssible to undercool water in the high pressure cell?✗ Can a water OKE (or a High Resolution Light Scattering) measurement @ 100 Mpa put in evidence new effects on Ts, τ and β?
Misure sui parametri critici dell’acqua sottoraffreddata
Spettrometro Hiresuv
About 45m path length !!
He athmosphere required !
• Pressure range: 3 Kbar• Buffer gas: He• Sample Cell: Qv 4x4x7 mm
G. Pratesi, R. Ballerini (LENS)
Cella HP
Confronto OKE/Raman
Confronto OKE/ scattering Raman Depolarizzato
✗The experimental noise affects different spectral ranges for the two tecniques: usefull to have both measurements
