LAMM (Laboratorio di Magnetismo Molecolare)

La dotazione strumentale di LAMM

La dotazione strumentale del LAMM è la seguente:

  • Magnetometro SQUID ad alta sensibilità, Quantum Design, dotato di magnete superconduttore da 5 T, operante fra 2 e 450 K. Equipaggiato per misure ad alta sensibilità mediante setup RSO.
  • Magnetometro SQUID ad alta sensibilità, Cryogenic, dotato di magnete superconduttore da 6,5 T, operante tra 2 e 320 K, equipaggiato con lock-in e bobine per misure di suscettività dinamica. Dotato di fibra ottica per misure di foto-magnetismo in campo magnetico applicato da 300 a 6 K. Lampada eccitatrice UV-Vis e vari laser.
  • Magnetometro a campione vibrante (VSM), Oxford Instruments, Magnetometro caratterizzato da alta sensibilità a campi magnetici elevati e da rapida risposta. E’ dotato di un magnete non persistente che può raggiungere ± 12 T, di bobine di rivelazione ad alta sensibilità, fornace per misure ad alta temperatura operante tra 1.5 e 1000 K. E’ dotato di bobine per misure di suscettività ac nell’intervallo di frequenze tra 5 Hz e 50 kHz.
  • Magnetometro Cantilever, Oxford Instruments, per misure di anisotropia magnetica su monocristallo di dimensioni microscopiche in campi sino a 12 T, operante tra 1.6 e 280 K. Altre teste Cantilever sono state assemblate al Centre de Recerches sur le Tres Basse Temperatures, del C.N.R.S. di Grenoble e al Physikalisches Institut, dell’Università di Stoccarda, con specifiche per esperimenti ripetuti e multiple manipolazioni.
  • Physical Property Measurement System (PPMS): Quantum Design. Piattaforma con campo magnetic di 9 T per differenti tipi di misura: VSM, suscettometria AC susceptrometer (10 Hz-10KHz), trasporto AC-DC ed esperimenti MFM experiments (vedi dopo) 1.8K and 400K.
  • Suscettometro ac, operante tra 1.4 e 300 K con criostato Rial ad evaporazione di 4He, equipaggiato con un ponte a mutua induttanza e sonde per operare a frequenze comprese tra 20 Hz e 2 kHz.
  • Suscettometro ac, dotato di un criostato ad 3He Oxford Instruments, operante tra 0.3 e 300 K ed equipaggiato con magnete superconduttore da 5 T. La frequenza di lavoro è operante nell’intervallo 20 Hz e 30 kHz.
  • Suscettometro ac, operante tra 1.5 e 300 K equipaggiato con magnete superconduttore da 12 T; sonde di misura operanti nell’intervallo di frequenze 0.1Hz-25kHz e 50kHz-500kHz.
  • Set-up per misure magneto-termiche con generatore CELES MP6 operante tra 50 e 400 kHz con campi fino a 11 kA/m permette di misure l’effetto ipertermico di nanoparticelle magnetiche.
  • VSM, OI, ad alta sensibilità, magnete da  12 T, di bobine di rivelazione ad alta sensibilità, fornace, operante tra 1.5 e 1000 K. E’ dotato di bobine per misure di suscettività 5 Hz e 50 kHz.
  • Tutti gli spettrometri descritti precedentemente hanno la possibilità di irraggiare i campioni usando differenti fibre ottiche. Sono disponibili lampade (75 W Xe Lamp con filtri bandpass) e diodi laser che possono operare alle seguenti frequenze: 904, 850, 785, 690, 658, 655, 534, 405 nm. Collimatori, filtri e power-meter completano la disponibilità.
  • SMOKE: un setup per misure KERR e MOKE anche su superficie è stato costruito usando come base il criostato Spectromag precedentemente descritto per misure magneto-ottiche quantitative del vettore di magnetizzazione. E' equipaggiato con alcune delle sorgenti laser precedentemente descritte, con un movimento motorizzato per uno dei polarizzatori Glan-Thompson e con un Photo-Elastic Modulator. Hinds I/FS50 operante a frequenze di 50 kHz nel raggio spettrale 180 nm – 1 mm. Il sistema è equipaggiato e schermato in modo tale da poter lavorare in campi magnetici sino 12 T. È connesso ad un lock-in operante a frequenze sino a 102 kHz. Questo setup è velocemente adattabile per eseguire anche misure di Dicroismo Circolare e di Effetto Faraday, utilizzando i componenti specificati sopra.
  • Spettrometro EPR E600CW, W-band, Bruker, 95 GHZ. Magnete superconduttore da 6 T con split coils, insert per alta e bassa sensibilità, criostato ad elio liquido per operare da 300 K sino a 2 K.
  • Spettrometro EPR E500 Elexys, X-band, Bruker equipaggiato con criostato CF helium della Oxford Instruments (4-300 K), e con criostato CF nitrogen della Oxford Instruments (100-500 K), cella portacampione ad alta sensibilità per soluzioni (AquaX), cavità standard e cavità ad alta sensibilità. Equipaggiabile anche sistema goniometrico automatico per misure ad angolo variabile.
  • Spettrometro EPR: 2 spettrometri Varian E9 equipaggiati con criostato a flusso della Oxford Instruments (4 – 300 K) operanti con sorgenti eccitatrici alle frequenze delle bande X e Q, doppia cavità X, field frequency lock, e cavità cilindrica, con dispositivi per registrazione di spettri di cristallo singolo per la banda X, interfacciati con PC.
  • Tutti gli spettrometri descritti precedentemente hanno la possibilità di irraggiare i campioni usando differenti fibre ottiche. Sono disponibili lampade (75 W Xe Lamp con filtri bandpass) e diodi laser che possono operare alle seguenti frequenze: 904, 850, 785, 690, 658, 655, 534, 405 nm. Collimatori, filtri e power-meter completano la disponibilità.
  • Cogestione di uno spettrometro EPR operante a campo magnetico elevato (12T) e frequenze elevate (fino ad 1 THz) presso l’Istituto di Fisica Atomica e Molecolare del CNR di Pisa. Strumento unico in Italia e tra i pochi esistenti al mondo. Caratteristiche principali: Magnete spazzabile fino a 12 Tesla, hom 10ppm, 88 mm warm bore, sweep coil  1000 G, Sorgenti: diodo Gunn 95 GHz (40 mW) X 2 (10 mW) X3 (8 mW), dotato di PLL, laser FIR 240 GHz e altre frequenze possibili. Criostato: statico 300 - 4 K estendibile a 1.7 K. Teste di misura EPR: in onda viaggiante con guide d’onda sovradimensionate e con guide d’onda corrugate. Millimeter Vector Network Analyser: per determinazioni dielettrometriche e caratterizzazione delle linee di trasmissione e delle teste di misura. Spettrometro EPR 18-26 GHz con rivelazione meccanica: per lo sviluppo della microscopia EPR. Rivelatori bolometrici InSb. In corso di sviluppo: Acquisizione ponte Quasi – Ottico, Rivelazione omodina- ed Eterodina- , acquisizione di una nuova sorgente 75 GHz con possibilità di avere frequenze 75x2 =150 GHz, 75x4 = 300 GHz, Amplificatore lineare RF larga banda 100 W, Modulatori multibanda per LODESR, traslatori di precisione (microscopia EPR).
  • Spettrometro NMR a banda larga, Stelar, per misure su campioni paramagnetici allo stato solido, sia in forma massiva che diluita nell’intervallo 3-120 MHz, dotato di criostato a flusso operante tra 4 e 300 K.
  • SPM a temperature variabili: marca Omicron mod. XA-VT completo di camera di preparazione e trattamento dei campioni in situ (molecular and beam evaporator, QCM, heating and cooling stages and ion-sputtering) in ultra alto vuoto e collegamento diretto con la piattaforma di caratterizzazione e analisi chimico-fisica di superficie (vedi sotto) permette lo studio morfologico di superfici solide attraverso la tecniche STM ed AFM in un intervallo di temperatura compreso fra i 20K ed i 500K. Permette anche: Friction Force Microscopy, Electrostatic Force Microscopy (EFM), Scanning Kelvin Probe Microscopy (SKPM) and Magnetic Force Microscopy (MFM).
  • Piattaforma Multi-Tecnica di Caratterizzazione e Analisi Chimico-Fisica di Superficie: Piattaforma multi tecnica (XPS + XPD + UPS + LEIS + TDS + LEED) per analisi chimico-fisica qualitativa e quantitativa di superfici metalliche ed ibride. Essa permette attraverso varie tecniche di analisi in ultra alto vuoto, basate su spettrometrie di foto-elettroni, elettroni e ioni, di determinare la composizione e la struttura superficiale di campioni solidi. La piattaforma oltre alle tecniche di analisi offre la possibilità di trattamento termico ed etching superficiale (sputtering & annealing) dei campioni da analizzare, così come di crescita di film metallici e di ossidi. La tecnica XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), atta a rivelare la composizione e lo stato chimico degli elementi presenti nella prima decina di strati atomici superficiali dei campioni analizzati, è comprensiva di una sorgente a raggi X a doppio anodo (Al+Mg) mod. TA10 di fabbricazione VSW, di una sorgente a raggi X micro focalizzata e mono cromatica SPECS mod. XR-MF Focus 600 e di un analizzatore emisferico SPECS mod. Phoibos 150 con rivelatore multi canale 1D-DLD. La spettroscopia di foto-elettroni in luce ultra violetta (UPS) fa uso di una lampada UV di fabbricazione VG e dell’analizzatore emisferico di cui sopra ed è in grado di rivelare lo stato di legame che esiste fra le molecole adsorbite e la superficie medesima. La spettroscopia di ioni di bassa energia (LEIS), capace di rivelare la composizione chimica del solo primo strato atomico superficiale, è basata su una sorgente ionica focalizzata Omicron mod. ISE100 e sul medesimo analizzatore emisferico. La diffrazione di foto elettroni X (XPD) atta a determinare la struttura cristallina tridimensionale dei primi strati atomici, è basata sulle apparecchiature della spettrometria XPS e l’uso di un manipolatore automatizzato con cinque gradi di libertà di marca VG. La diffrazione di elettroni lenti (LEED) fa uso di uno spettrometro NG LEED a quattro griglie di marca Omicron ed è capace di rivelare la struttura cristallina bidimensionale dell’ultimo strato atomico. Infine la spettroscopia di desorbimento termico (TDS), facendo uso delle possibilità di variazione della temperatura dei campioni trai 100 ed i 1000K offerte dal manipolatore VG, è in grado di rivelare qualitativamente e quantitativamente le molecole adsorbite in superficie basandosi sulla loro temperatura di desorbimento, attraverso uno spettrometro di massa a quadrupolo di marca VG mod.VGQ.
    Preparation: Home build molecular evaporator independent setup. Home-made setup for high flux deposits in UHV condition; UHV chamber for molecular evaporation (included in the prep. platform) MBE Komponenten NTEZ cell evaporator NTEZ 40-10-22-KS; UHV chamber for metal evaporation (included in the prep. platform) Omicron EFM3 evaporator equipped with ion neutralizer; Spin-coater, home-made, allows a controlled deposition of films via spin-coating with a programmable spinning settings.
  • LT-MFM: Attocube attoMFM permette misure di Magnetic Force Microscopy in temperatura variabile da 1.8K a 320K con campo magnetico fino a 9T perpendicolare al piano della superficie, alloggiato dentro la piattaforma PPMS. Il gradiente di forza magnetica che agisce sulla punta è rilevato misurando il cambio della frequenza di risonanza (modo FM) o la fase del cantilever (modo AM) con altissima precisione usando un interferometro ottico basato su fibra. Entrambi i modo di misura sono applicati ad una certa distanza campione-punta, generalmente nell'intorno 10 - 100 nm. In modalità FM un phase-locked loop (PLL) è utilizzato per eccitare il cantilever alla risonanza. Questo setup modificabile secondo le esigenze dell'utenza, è estremamente efficace per la caratterizzazione di materiale magnetico nano-strutturato e, in dipendenza dalla qualità della punta, permette una risoluzione fino sotto i 20nm in contrasto magnetico con modalità dual pass.
  • AFM/STM operante a temperatura ambiente: NT-MTD (http://www.ntmdt.ru). Sistema ad alta stabilità, è adatto a nanolitografia AFM, Lateral force microscopy, Magnetic force microscopy (MFM), Kelvin Probe Microscopi e moltre altre tecniche di analisi SPM. Il sistema è equipaggiato anche con due teste STM. Una testa per correnti dell’ordine dei nA che permette caratterizzazioni standard di campioni conduttori. Con questo setup è anche in possibile effettuare preparazioni di patterning tramite litografia STM ed anche eseguire caratterizzazioni spettroscopiche sia di tipo I/V che I/z. Inoltre una seconda testa STM permette scansioni a bassa corrente (range dei pA).
  • HV-AFM: si tratta di un sistema AFM operante in alto vuoto. La testa AFM è un sistema commerciale, SMENA-HV della NT-MDT, che è stato adattato per lavorare all’interno di una camera da vuoto spinto disegnata da Vacuum-Tec, equipaggiata con opportuni sistemi di vuoto e predisposta per anche per l’irraggiamento con luce UV-Vis durante la misura AFM.
  • STM in campo magnetico a bassa temperatura: (UHV) Scanning Tunneling Microscope in costruzione in cooperazione con Ape Research e TASC della Area Science Park Trieste. Lo strumento può raggiungere 5 K ed operare sino a 60 K. I campioni sono inseriti dall'alto attraverso una piccola camera ad alto vuoto. Lo strumento è piazzato al centro di un magnete superconduttore che può raggiungere 5 Tesla.
  • STM per spettroscopia ESR-STM: operante in vuoto a temperatura ambiente è in costruzione in cooperazione con Ape Research e TASC della Area Science Park Trieste. Progettato per la spettroscopia locale di tipo ESR-STM. E' possibile applicare un campo magnetico sino a 1000 G perpendicolarmente alla posizione del campione. Due bobine orientate a 90° una dall'altra forniscono l'RF nel piano del campo magnetico.
  • Diffrattometria X: partecipazione a CRIST (Centro Interdipartimentale di Cristallografia) dotato di:
    a) diffrattometro a quattro cerchi CAD4 della Enraf-Nonious per cristallo singolo, operante con radiazioni di Cu e Mo e criostato ad azoto liquido Nonious operante tra 100 e 300 K, Anno 2006, 150.000 E
    b) diffrattometro a quattro cerchi Bruker, MACH3 per cristallo singolo, operante con radiazioni di Cu e Mo e criostato ad azoto liquido, CRYOJET, operante tra 80 e 300 K, Anno 2005, 220.000 E
    c) diffrattometro per cristallo singolo Xcalibur 3, Oxford Diffraction, piattaforma Xcalibur con sorgenti Enhance X-ray (Cu or Mo), Sapphire 3 CCD detector
    d) Helijet system (15 – 90K), Anno 2007, 300.000 E
    e) diffrattometro per cristallo singolo Xcalibur PX Ultra, Oxford Diffraction, piattaforma Xcalibur con sorgenti Enhance Ultra X-ray (Cu), Onyx CCD camera, tubo ceramico con focalizzazione fine X-ray (Mo/Cu), criostato ad azoto liquido, Anno 2007, 350.000 E
    f) diffrattometro a polveri Bruker, D8 Advance 300, con accessorio per film sottili, operante in geometria parallela o Bragg-Brentano, Detector veloce multicanale a discriminazione di energia. Camera a temperatura controllata equipaggiata con termocoppia per analisi da -180C° a 450C° o con termocoppia da 30C° a 1600C°, Anno 2008 e 2013, 250.000 E
    g) Diffrattometro a raggi X Bruker New D8 Advance con fascio lineare e puntuale, operante sia in geometria Bragg-Brentano che con specchio ellittico focalizzante. Portacampione piano, culla di eulero per analisi di tessitura, piano XY per mappature e portacampione rotante per analisi in capillare. Detector veloce multicanale a discriminazione di energia. Software per analisi Rietveld Topas, software Multex per analisi di tessitura, software Nanofit per analisi SAXS.

  • Fluorescenza X: Spettrometro a dispersione di lunghezza d'onda WDXRF RIGAKU ZSX Primus II per l’analisi di campioni solidi dal F all’U, equipaggiato con: Generatore di raggi X da 4kW, Tubo a raggi X, target Rh da 4kW; Autocampionatore a 48 posizioni (maschere da 38mm e 30mm); Scambiatore di cristalli a 10 posizioni; Cristalli standard (LiF200, Ge, Pet, RX-25); Cristallo LiF 220; Cristalli per analisi di elementi ultraleggeri (B,C,N,O); Sistema da vuoto rapido; Standard di riferimento (Ti, Mg, Al, Ottone); Software di gestione e di analisi SQX, SQX matching library, SQX scattering FP method software, Quantitative scattering FP method software, FP quantification method theoretical matrix correction, Glass fusion bead correction (Volatility correction of flux); Dispositivo per mappatura con risoluzione 0.5mm (diametro analizzabile 38mm); Dispositivo per l’analisi di liquidi e polveri disperse in atmosfera di elio o all'aria.
  • Microtomografo 3D: apparecchio ad alta risoluzione SKYSCAN 1172 (Skyscan). Esplorare la costituzione interna di campioni tramite microtomografia a raggi X; è un apparecchio di nuovissima generazione che ricostruisce tridimensionalmente qualsiasi tipo di materiale con precisione micrometrica.
  • Criostato con finestra ottica a flusso di elio della Oxford Instruments per misure di assorbimento U.V.-Visibile adattato per spettrometro Lambda-9 Perkin Elmer, operante da 300 a 10 K.
  • Criostato con finestra ottica Magnex Scientific con VT insert ad 4He ed insert ad 3He, operanti rispettivamente tra 1,5 e 300 K e tra 300 mK e 100K.
  • Criostato con finestra ottica Oxford Spectromag SM4000-11.5 con 4 finestre in silice fusa operante nell'intervallo 1.4–260 K ed equipaggiato con magnete superconduttore con split coil orizzontali, campo magnetico +/- 11.5 T a 2.2 K. A questo criostato sono abbinate le seguenti sorgenti laser: Melles-Griot He:Ne (632.8 nm) laser. Argon laser (458-514 nm). Laser Ti:Zaffire con impulso al femtosecondo e sorgente laser (780-860 nm). Dye laser (580-640). Altri diodi laser con lunghezza d'onda e potenza di uscita variabili (normalmente nell'intervallo da 3 a 15 mW).
  • Sorgenti laser: Melles-Griot He:Ne (632.8 nm) laser. Argon laser (458-514 nm). Laser Ti:Zaffire con impulso al femtosecondo e sorgente laser (780-860 nm). Dye laser (580-640) e svariati diodi laser
  • Glove Box MBraun, attrezzata per sintesi chimica e manipolazione materiali sensibili, doppia camera di ingresso, sensori per umidità ed ossigeno, riciclo a circuito chiuso su trappole e catalizzatori.
  • Risorse di calcolo: L’unità conta su due cluster HPC. Il primo consiste in un cluster “home-made” che conta 21 nodi, 94 CPU e 156 Gb di RAM. Il cluster è stato sviluppato in più riprese e per questo presenta nodi eterogenei. In dettaglio: 2 nodi biprocessore Pentium III, 800 Mhz con 768 Mb di RAM per CPU; 8 nodi biprocessore Ahtlon, 1666MHz con 768 Mb di RAM per CPU; 2 nodi biprocessore Xeon(HT) dual core, 3000MHz con 1536 Mb di RAM per CPU; 2 nodi biprocessore Xeon(HT), 3200MHz con 1536 Mb di RAM per CPU; 6 nodi quadriprocessore Opteron 865 DC, 1800 Mhz con 2048 Mb di RAM per CPU; 1 nodi quadriprocessore Opteron 865 DC, 1800 Mhz con 4096 Mb di RAM per CPU. Il sistema operativo del cluster è Linux (Fedora Core 6). Il workload management è gestito dal pacchetto OpenPBS.
    Il secondo cluster consiste in 16 nodi per un totale di 384 core e 1,22 TB RAM. In dettaglio: 15 nodi biprocessori AMD Opteron 12-Core 6234 2,4Ghz con 64 GB; 1 nodo biprocessore AMD Opteron 12-Core 6234 2,4Ghz con 256 GB. Il sistema operativo del cluster è Linux (SciLinux 6.1). Il workload management è gestito dal pacchetto Torque. I programmi scientifici disponibili nella loro versione parallelizzata sono: Gaussian09, GAMESS US, NWChem, CP2K, Jaguar, Qsite, Siesta, ORCA and Quantum Expresso. In dotazione all’unità si annoverano anche una workstation biprocessore AMD Athlon MP 1600 1400 MHz con 3072Mb di RAM ed una vecchia workstation Mono Processore alpha, 450MHz con 256Mb di RAM che ha OS/2 come sistema operativo.
    Continui upgrade, ultimo anno 2012.

Il Coordinatore e le UdR coinvolte


Gli obiettivi del LAMM


Cosa può offrire il LAMM all'industria

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