Plataforma de pump-probe ultrarrápida resolvida espectralmente e em polarização para caracterização de materiais: estudo de caso de derivados push-pull de azobenzenos octopolares

Autor(es)

Rafael de Queiroz Garcia

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física de São Carlos (IFSC/BT)
• Data de defesa: 2023-08-31

Membros da banca

Leonardo De Boni; Ismael Andre Heisler; Lázaro Aurélio Padilha Junior

• Orientador: Leonardo De Boni

Resumo

Técnicas ultra rápidas de pump-probe(bombeio e prova) tornaram-se ferramentas de caracterização essenciais para o desenvolvimento de novos materiais pois são capazes de obter informações sobre os processos dinâmicos que ocorrem na matéria quando ela interage com a luz. Neste tipo particular de espectroscopia, os processos importantes dizem respeito às escalas de tempo de fs, ps e ns, que são alcançadas experimentalmente pelo uso de lasers de pulsos ultracurtos nas configurações pump-probe. O objetivo deste trabalho foi construir uma nova plataforma pump-probe em laboratório com resolução de tempo entre 150 e 250 fs, fontes de pump e probe sintonizáveis da faixa de UV a MIR (210 - 3000 nm) e com aquisição de sinal baseada em amplificadores lock-in para aumento da razão sinal-ruído. Além disso, uma configuração utilizando um espectrômetro também foi desenvolvida para aquisição com um probe de banda larga. Essa configuração foi utilizada principalmente na forma de um experimento de absorção transiente e anisotropia de absorção transiente. No entanto, pode ser facilmente adaptável para diferentes experimentos de pump-probe e também vários tipos de amostras. Para testar a configuração, foram realizadas medições em um filme fino monocamada de MoS2. Os resultados obtidos estão de acordo com a literatura e mostraram que o setup é capaz de medir amostras com baixa absorbância (<0,1). Posteriormente, uma classe de quatro azobenzenos push-pull com porções octupolares foi estudada. Foi possível identificar dois mecanismos de fotoisomerização ocorrendo na faixa de poucos ps e que levaram a diferentes caminhos com assinaturas também diferentes no decaimento do estado fundamental. Ao comparar as quatro moléculas, o efeito da inércia, simetria de carga e força push-pull na dinâmica de isomerização foi caracterizado, levando a um estudo abrangente não apenas do isômero trans, mas também do cis. Finalmente, uma mistura heterogênea de agregados e monômeros de perileno foi estudada sob duas condições de solvente e com variações da temperatura da solução. Foi possível caracterizar o tempo de vida do estado excitado, as assinaturas de transferência de carga do estado excitado e também a orientação dos momentos de dipolo de transição na forma agregada. Com o estudo dessas três amostras, a versatilidade e as capacidades da plataforma são demonstradas. Adicionalmente, com a implementação de um Amplificador Óptico Paramétrico Não-Colinear durante o projeto, com pulsos de até 18 fs, o setup também poderá medir dinâmicas muito mais rápidas no futuro. (AU)

• Processo FAPESP: 20/16036-8 - Espectroscopia ultrarrápida: excitação e prova degenerados e não degenerados resolvidos em polarização
• Beneficiário: Rafael de Queiroz Garcia
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado