See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus (ETF)" projekt ETF8737
ETF8737 "Size-selective VUV and UV spectroscopy of small metal clusters" (1.01.2011−31.12.2014); Vastutav täitja: Ergo Nõmmiste; Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut; Finantseerija: Sihtasutus Eesti Teadusfond , Sihtasutus Eesti Teadusagentuur; Eraldatud summa: 35 520 EUR.
ETF8737
Size-selective VUV and UV spectroscopy of small metal clusters
Väikeste metallklastrite vaakumultraviolett spektroskoopia
1.01.2011
31.12.2014
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus (ETF)
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP230 Aatomi- ja molekulaarfüüsika 1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP400 Füüsikaline keemia1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)50,0
PerioodSumma
01.01.2011−31.12.20118 880,00 EUR
01.01.2012−31.12.20128 880,00 EUR
01.01.2013−31.12.20138 880,00 EUR
01.01.2014−31.12.20148 880,00 EUR
35 520,00 EUR

The principal goal of this project is a systematic study of the evolution of the electronic properties of matter from simple systems – single atoms and molecules – into bulk solids. Experiments using engineered nanoparticles (size-controlled clusters) allow to follow this evolution and to observe experimentally, for example, the formation of the band structure of solids from the atomic levels. Clusters are aggregates of atoms or molecules in the range of a few to several thousands units; according to their size, clusters show properties from atomic and molecular character to those typical of bulk materials. While rare-gas clusters consist of thousands of atoms, metal clusters are typically smaller. Metal clusters are especially interesting since, for example, the appearance of metallic properties can be controlled with cluster size -- small clusters of metal atoms can be isolators or semiconducors. In order to obtain as complete information a possible on a quantum mechanical event one needs to analyse all particles originating from that event. Combining the detection of electrons and ions, for example, is done in the electron-ion coincidence measurements. Coincidence studies, especially at high resolution and with high sensitivity, provide a serious experimental challenge. The principal experimental tool of the planned research is the electron-ion coincidence set-up. The Wiley-McLaren type ion-TOF spectrometer is an essential component for the planned electron-ion coincidence set-up. It is based on the accurate measurements of ion flight times from the source region to the detector, with a few ns precision. The electron spectrometer is the Scienta SES-100 hemispherical analyser. The system is operated in the pulsed extraction mode, which preserves the high electron energy resolution. A crucial part of high-resolution spectroscopy is a bright radiation source. Two MAX-lab beamlines, I411 at MAX-II and FINEST branchline at MAX-III I3 beamline will be the main experimental base for the proposed project. Theoretical modelling of acquired experimental data will provide vital insight into the adsorption and subsequent deposition processes. The experimental results are compared with ab initio theoretical calculations of cluster structure, using Gaussian, GAMESS and DIRAC08 quantum chemistry packages which are running in the computer cluster of our Institute.
Antud granditaotluse laiemaks eesmärgiks on süstemaatiliselt uurida ainete elektrostruktuuri evolutsiooni “lihtsatest” süsteemidest nagu üksikud aatomid ja molekulid tahke kehani. Kasutades eksperimentides kontrollitud suurusega nanoosakesi- klastreid, on võimalik eksperimentaalselt jälgida tahkiste tsoonistruktuuri kujunemist atomaarsel tasandil. Klastrid on aatomite või molekulide kogumid suurusega mõnest kuni tuhandete aatomite või molekulideni, sõltuvalt suurusest muutuvad nende elektroonsed omadused atomaarsest/molekulaarsest karakterist tahkiseni. Kui väärisgaaside klastrid sisaldavad üldjuhul tuhandeid aatomeid, siis metallide klastrid on tavaliselt väiksemad. Metalliklastrid on huvitavad veel selle poolest, et nende metallilised omadused sõltuvad klastri suurusest—väikesed klastrid on kas isolaatorid või pooljuhid. Selleks, et saada informatsiooni footoni neeldumisel vallanduvate protsesside kohta kvantmehaanilisel tasandil on vaja analüüsida kõikide protsessis osalevate osakeste parameetreid. Detekteerides neeldumisprotsessis tekkinud elektronid ja ioonid samaaegselt on sellise informatsiooni saamine võimalik. Sellised samaaegsuse (ingl. k. coincidence) eksperimendid, eriti suure lahutuse ja tundlikkusega, esitavad eksperimentaatoritele suure väljakutse oma keerukusega. Peamiseks eksperimendiseadmeks käesolevas projektis on elektron- ioon samaaegsuse spektromeeter. Selle spektromeetri üks pool koosneb Wiley-McLaren tüüpi ioonide lennuaja spektromeetrist. Ioonide lennuajad nende tekkepiirkonnast detektorini mõõdetakse mõne nanosekundi täpsusega. Teine pool samaaegsuse spektromeetrist koosneb Scienta SES-100 elektronspektromeetrist. Kogu süsteem toimib impulssmoodis, mis kindlustab suure elektronide energialahutuse. Seda tüüpi madala saagise astmega eksperimentide läbiviimiseks vajame suure intensiivsusega footonite allikat. Selleks on planeeritud kasutada kahte Rootsi rahvusliku sünkrotronkeskuse MAX-lab kiirekanalit: I411 MAX-II ringil ja I3/FINEST kiirekanalit MAX-III ringil. Esimene katab footonite energiavahemiku 50-1500 eV, teine 5-50 eV. Lisaks eksperimentidele on plaanis läbi viia ab initio teoreetilised arvutused, kasutades kvantkeemia programmipakette GAMESS ja DIRAC08, mis töötavad Füüsika Instituudis installeeritud arvutifarmil.
Esimestel grandiprojekti aastatel uurisime mitmeid mudelsüsteeme, et testida klasteraparatuuri ja eri mõõtmismetoodikaid. Lisaks gaas-faas mõõtmistele sai uuritud ka erinevate kilede moodustumist lisaks vaakumaurustamisele ka näiteks sol-geel meetodil. Metallide pindade ja sinna sadestatud klasterstruktuuride omadusi uurisime lisaks sünkrotronkiirguse metoodikatele ka näiteks erinevate mikroskoopia meetoditega. Tänu klastrimasina täiustamisele õnnestus 2012. a kevadel näha erineva suurusega antimoni klastereid. Uue metoodikana lisandus sama aasta suvel imidasooli baasil ioonvedelike ja nanopoorsel süsiniku põhinevate nanokompleksstruktuuride uurimine. Samuti uurisime gaasfaas meetodil erinevate orgaaniliste molekuliklastrite fragmentatsiooniprotsesse kasutades ergastamiseks ultraviolettkiirgust. Kõik spektroskoopia eksperimendid teostasime Lundi Ülikooli sünkrotronkiirguse keskuses MAX-labis kasutades nii MAX-II kui ka MAX-III kogujaringilt saadud sünkrotronkiirgust. Kiirekanalid, millel saadi publitseeritud tulemused olid I411 ja D1011 MAX-II ringil ja I3 MAX-III kogujaringil kogu grandi täitmise ajal. I411 kiirekanalil mõõtsime elektrokeemilisi kompleksstruktuure, kasutades in situ XPS metoodikat. I3l katsetasime koostöös Turu Ülikooliga uut metalliklastri allikat. Nägime kuni seitsmeseid seleeniklastreid. Kiirekanalil D1011 katsetasime orgaanikaklastrite abil metallipindade biofunktsionaliseerimist, et sinna kinnituksid ka suuremad molekulid, nagu DNA osad või erinevad amiinohapped. Selle projekti teostasime koostöös Tampere Tehnoloogiaülikooli pinnafüüsika töörühmaga. Samuti tegime eksperimente erinevate suurte orgaaniliste molekulide fragmentatsiooniprotsesside uurimiseks nende kiiritamisel ultraviolett- ja pehme röntegenkiirgusega. Sellised molekulid on mudelsüsteemid väikeste metallimolekulide klastrite jaoks, samuti pakuvad nad huvi ka elektrokeemia ja biomaterjalide uurijatele. Näiteks ioonvedelike massspektroskoopilised uuringud on perspektiivne ala, mida siiani on suhteliselt vähe teostatud ning mitmete meetoodikatega oleme siin pioneerid maailmas.