Fotonica molecolare

Anno accademico 2014/2015

Obiettivi formativi del corso

Conoscenze: il corso fornisce concetti avanzati in spettroscopia ottica e in fotonica e multifotonica molecolare, tra cui conoscenze fondamentali approfondite sulle teorie dei trasferimenti di energia e dei trasferimenti di carica, oltre ad un'introduzione a tecniche ed applicazioni avanzate in spettroscopia non-lineare e risolta nel tempo.

Capacità di comprensione: le conoscenze di base acquisite negli anni precedenti relative alla spettroscopia molecolare e alla quanto-meccanica vengono consolidate e messe a frutto per affrontare concetti più avanzati, con apertura sulle tecniche applicative più interessanti e attuali nel campo dei materiali molecolari e della chimica biomolecolare.

Applicazione delle conoscenze: il corso fornisce gli strumenti per investigare alcuni processi fondamentali della chimica biomolecolare e dei materiali, quali i trasferimenti di energia e di carica. Lo studente alla fine del corso dovrebbe essere in grado di pianificare ed effettuare esperimenti spettroscopici avanzati e avere le basi necessarie per l'interpretazione dei risultati e per ricavare importanti informazioni sui sistemi di interesse.

Risultati dell'apprendimento

Nozioni approfondite su alcuni processi fondamentali nella chimica e fotochimica, tra cui i processi di trasferimento di energia e di carica, e sulle spettroscopie nonlineari, con relative applicazioni.

Le conoscenze acquisite e la capacità di comprensione dei concetti trattati vengono verificate attraverso un esame orale che viene svolto, per una parte, in maniera classica, e per un'altra parte attraverso la presentazione da parte dello studente di un argomento a piacere tra quelli trattati nel corso o ad esso attinenti.

Attività di supporto

Lezioni frontali, esempi applicativi.

Appunti dettagliati del corso su tutti gli argomenti.

Vasta bibliografia.

Ampio orario di ricevimento studenti.

Note

Il 2015 sarà l'Anno Internazionale della Luce!

Questo il sito web: http://www.light2015.org/

Programma

Ripasso di alcuni concetti di base in spettroscopia ottica
- Spettri di assorbimento (fattori di Franck-Condon, momento di dipolo di transizione, forza d'oscillatore)
- Spettri di luminescenza (diagrammi di Jablonski, regola di Kasha, resa quantica di luminescenza, tempi di vita).

Anisotropia di fluorescenza

Trasferimenti di energia
- Meccanismi di Förster e di Dexter
- Applicazioni del FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer): Studio dell'associazione macromolecolare e della distanza intermolecolare; folding delle proteine; energy harvesting; sensing.

Trasferimenti elettronici
- Teoria classica dello stato di transizione
- Modello di Marcus (classico, semiclassico e quanto-meccanico) e applicazioni ai sistemi molecolari
- Teoria di Mulliken-Hush per il trasferimento di carica

Ottica non-lineare
- Teoria della risposta non-lineare: iperpolarizzabilità ai vari ordini
- Processi parametrici e non parametrici
- Ruolo della simmetria
- Processi al secondo ordine: presentazione generale dei vari processi + trattazione estesa del processo di generazione di seconda armonica e sue applicazioni
- Processi al terzo ordine: presentazione generale dei vari processi + trattazione estesa dei processi di assorbimento di due fotoni (TPA) e di scattering Raman (e loro applicazioni)

Microscopia ottica (anche multifotonica)
- Microscopia confocale
- Imaging ottico multifotonico

Spettroscopia risolta nel tempo
- Metodo di Heller
- Fluorescence up-conversion
- Spettroscopia pump-probe

Equazioni di Bloch ottiche e Photon Echo

Spettroscopia IR bidimensionale

Testi consigliati e bibliografia

- J. R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Springer 2006.
- V. May, O. Kuhn, Charge and Energy Transfer Dynamics in Molecular Systems, Wiley 2004.
- R. W. Boyd, Nonlinear Optics, Academic Press 2008.
- Y. R. Shen, The Principles of Nonlinear Optics, Wiley-Interscience 1984.
- P. Hamm and M. Zanni, Concepts and Methods of 2D Infrared Spectroscopy, Cambridge University Press 2011.

- Link ad un video interessante sulla Microscopia Bifotonica

Orario lezioni

Appelli

	Data	Ore	Esame
	26/02/2016	09:30 - 12:30	Orale
	12/02/2016	09:30 - 12:30	Orale
	18/09/2015	09:30 - 12:30	Orale
	04/09/2015	09:30 - 12:30	Orale
	17/07/2015	09:30 - 12:30	Orale