Questo corso offre ai dottorandi una panoramica avanzata sulle spettroscopie a raggi X utilizzate per investigare la struttura locale, la composizione chimica e la struttura elettronica dei materiali. Il corso è pensato per studenti e ricercatori che lavorano su materiali funzionali, materiali per l'energia, catalizzatori, superfici, interfacce e sistemi nanostrutturati. L’obiettivo non è fornire una semplice panoramica descrittiva delle tecniche, ma sviluppare la capacità di scegliere l’approccio spettroscopico più adatto, comprenderne i limiti e interpretare criticamente i dati sperimentali. Una parte centrale del corso sarà dedicata alla spettroscopia di assorbimento dei raggi X, con particolare attenzione a XANES, EXAFS e alle strategie di analisi quantitativa. Il corso introdurrà poi tecniche avanzate basate su radiazione di sincrotrone, quali XES, HERFD-XAS, RIXS e XRS, evidenziandone il contributo specifico allo studio degli stati elettronici, dell'ambiente di coordinazione, del legame chimico e degli elementi leggeri in campioni bulk o in condizioni operando. Saranno inoltre discussi casi studio tratti da problemi reali di caratterizzazione dei materiali, con particolare attenzione alla complementarità e alla correlazione tra firme spettrali, struttura locale e proprietà funzionali. Il corso includerà inoltre attività di interpretazione di dataset reali o simulati, finalizzate alla costruzione di una strategia analitica multi-tecnica.

Fondamenti di scienza dei materiali, fisica dello stato solido e chimica.

• Introduzione alle spettroscopie a raggi X per la caratterizzazione dei materiali: interazione radiazione-materia, selettività elementare, profondità di analisi e sensibilità alla struttura elettronica locale. • Sorgenti di radiazione X e sincrotrone: principi di base, caratteristiche delle beamline, monocromatori, detectors e geometrie sperimentali. • Spettroscopia di assorbimento dei raggi X (XAS): principi di XANES e EXAFS, stati di ossidazione, simmetria locale, coordinazione, distanze interatomiche e disordine strutturale. • Strategie di trattamento e interpretazione dei dati XAS: normalizzazione, sottrazione del fondo, trasformata di Fourier, fitting EXAFS, confronto con standard e uso di simulazioni teoriche. • X-ray emission spectroscopy (XES): stati elettronici occupati, ambiente chimico e informazioni sul legame. • Spettroscopie ad alta risoluzione e approcci risonanti: principi generali, vantaggi rispetto alle misure convenzionali e ruolo delle tecniche basate su rivelazione selettiva dell’emissione. • HERFD-XAS: spettroscopia XAS ad alta risoluzione mediante rivelazione selettiva della fluorescenza; miglioramento della risoluzione spettrale, separazione di contributi elettronici sovrapposti e applicazioni allo studio fine di stati di ossidazione, simmetria locale e struttura elettronica. • Resonant inelastic X-ray scattering (RIXS): eccitazioni a bassa energia, sensibilità chimica e fenomeni elettronici correlati. • X-ray Raman scattering (XRS): accesso alle soglie degli elementi leggeri con raggi X duri e studio di interfacce e campioni bulk. • XPS e HAXPES come tecniche complementari: confronto tra informazione superficiale, interfaciale e bulk; stati di ossidazione, composizione chimica e limiti interpretativi. • Esperimenti in situ e operando: progettazione dell’esperimento, celle dedicate, controllo delle condizioni sperimentali, artefatti, riproducibilità e correlazione con proprietà funzionali. • Integrazione con tecniche strutturali, microscopiche e vibrazionali: uso complementare di XRD, spettroscopie Raman e IR, microscopia, tomografia e modellazione computazionali per costruire strategie analitiche multi-tecnica. • Casi studio su materiali per l’energia, catalizzatori, ossidi funzionali, superfici e interfacce: dal dato spettroscopico all’interpretazione chimico-fisica. • Esercitazioni basate su dataset reali o simulati: identificazione delle firme spettrali, confronto tra tecniche, costruzione di un’interpretazione coerente e discussione critica dei risultati • Valutazione del corso: breve relazione scritta oppure test a risposta multipla.

In presenza

Presentazione orale

P.D.2-2 - Giugno

Il primo incontro e` programmato per l'inizio di giugno 2026. Ulteriori dettagli, inclusi il calendario delle lezioni e l'elenco dei casi studio, saranno inviati ai partecipanti iscritti. Le lezioni si terranno 2-4 volte a settimana e saranno completate in circa 2-3 settimane. Riferimenti consigliati: • B.D. Cullity, S.R. Stock, Elements of X-ray Diffraction, Pearson, 3rd ed., 2001. • J. Hollas, Modern Spectroscopy, Wiley, 4th ed., 2004. • J. S. Reed and M. W. Grimsditch, Spectroscopic Characterization of Materials, Springer, 2016. • Articoli di rassegna selezionati su XAS, XES, RIXS, XRS e metodi correlati basati su sincrotrone saranno forniti durante il corso.