Grupa Badawcza Spektroskopii Femtosekundowej „InFemto"
Kierownik zespołu: prof. dr hab. Wojciech Gadomski
Adres e-mail Kierownika: gado@chem.uw.edu.pl
Krótki opis tematyki badawczej:
Tematyka badawcza grupy obejmuje zarówno badania doświadczalne z wykorzystaniem zaawansowanych technik czasowo-rozdzielczej spektroskopii femtosekundowej i klasycznej spektroskopii stacjonarnej, jak również teoretyczne modelowanie badanych zjawisk i rozwijanie oprogramowania naukowego. Stosowane przez nas czasowo-rozdzielcze techniki femtosekundowe obejmują absorpcję przejściową (transient absorption, TA), spektroskopię terahercową (time resolved terahertz spectroscopy, TRTS) oraz optyczny efekt Kerra (optical Kerr effect- OKE; spatially masked optical Kerr effect, SM-OKE, transient transmission- TT). Zajmujemy się również konstrukcją femtosekundowych układów doświadczalnych i ich oprogramowaniem.
Za pomocą techniki TA obserwujemy fotodynamikę wzbudzonych optycznie stanów elektronowych w skali czasowej od femtosekund po pojedyncze nanosekundy w zakresie bliskiej podczerwieni i światła widzialnego. Dzięki temu możemy badać przebieg inicjowanych światłem reakcji chemicznych, czy też fotodynamikę układów takich, jak barwniki, układy półprzewodnikowe, czy nanocząstki, o potencjalnych zastosowaniach w fotowoltaice, fotokatalizie, terapii fotodynamicznej, czy materiałach fotonicznych. Metodę TRTS wykorzystujemy do badania fotodynamiki nośników ładunku, co pozwala nam na obserwację procesów takich jak pułapkowanie i rekombinacja nośników, badanie procesów przewodnictwa ładunku, czy też zmian ruchliwości nośników ładunku wywołanych światłem. Technika ta w połączeniu z pomiarami TA, fluorescencji i metodami elektrochemicznymi pozwala nam na szczegółowe badanie procesów w materiałach fotoaktywnych.
Techniki OKE, SM-OKE oraz TT pozwalają nam na obserwację ultraszybkiej dynamiki (drgania wewnątrzcząsteczkowe i dynamika międzycząsteczkowa) w rozpuszczalnikach i ich mieszaninach, dzięki czemu możemy badać jak oddziaływania międzycząsteczkowe (van der Waalsa, wiązania wodorowe, wiązania halogenowe etc.) i związana z nimi lokalna struktura wpływają na właściwości takich układów. W przypadku prostych związków zawierających brom i chlor badamy nietrywialne efekty związane z oddziaływaniami międzycząsteczkowym izotopologów, które powodują zmiany w widmie oscylacyjnym, mogące prowadzić do fałszywych wniosków odnośnie składu izotopowego próbki. Dla bardziej złożonych układów jak np. mieszaniny głęboko eutektyczne, czy też mieszaniny zawierające ciecze jonowe, połączenie badań OKE i TA umożliwia powiązanie struktury i dynamiki rozpuszczalnika z jego wpływem na substancję rozpuszczoną, co pozwala nam np. badać jak skład rozpuszczalnika/elektrolitu wpływa na fotodynamikę układów fotoaktywnych. Układ OKE wykorzystujemy również do badania dynamiki fononów w sieci krystalicznej, dynamiki przejść fazowych indukowanych światłem, dynamiki rotacyjnej cząsteczek gazu, a także fotodynamiki anizotropowych nanocząstek metalicznych.
Prace doświadczalne często prowadzimy równolegle z symulacjami, które pozwalają nam lepiej zrozumieć dynamikę i związaną z nią lokalną strukturę w badanych układach. W modelowaniu wykorzystujemy głównie symulacje dynamiki molekularnej, czasami wspierając się również obliczeniami kwantowo-mechanicznymi. Znaczną część analizy danych z symulacji wykonujemy za pomocą rozwijanego w naszej grupie oprogramowania wykorzystującego procesory graficzne do akceleracji obliczeń.