Lead
Lo scopo di questo progetto è l’acquisto di una apparecchiatura per la misurazione della diffrazione di raggi X da cristalli singoli. Lo strumento si chiama appunto diffrattometro e consente di ottenere in modo abbastanza rapido immagini dei raggi diffratti da un cristallo irradiato con raggi X. L’utilizzo di questa apparecchiatura è legato agli studi che si svolgono presso il dipartimento di Chimica e Biochimica e presso l’istituto di Geologia dell’Università di Berna. In particolare, vengono investigati materiali naturali o sintetici, con l’intento di determinare la struttura atomica e quella elettronica in condizioni normali oppure ad alta pressione e alta o bassa temperatura. In fatti, la struttura dei materiali (e la risposta a particolari stimoli) dipende enormemente dalle condizioni termodinamiche. I due dipartimenti dell’università di Berna svolgono ricerche esclusive in questi ambiti e usufruiranno di tecnologia all’avanguardia grazie all’acquisto di questa apparecchiatura.

Lay summary

La struttura della materia può essere determinata in vari modi. Attraverso la microscopia (ottica o elettronica), la tomografia (con raggi X), la spettroscopia (con diversi tipi di radiazione) oppure la diffrazione (con radiazioni penetranti, quali i Raggi X o fasci di elettroni e di neutroni).  

A partire dalla scoperta dei raggi X (1895), gli scienziati hanno potuto usufruire delle tecniche ad essi correlate, in particolare quelle diffrattive. Infatti i primi esperimenti di diffrazione a raggi X risalgono al 1913. Con questa tecnica è divenuto possibile determinare la composizione di solidi cristallini e la precisa disposizione degli atomi al loro interno. Questa tecnica è stata molto utilizzata, in particolare con lo scopo di determinare la struttura di molecole cristallizzate, oppure di sistemi estesi, polimerici, ionici o metallici.

Malgrado la sua ragguardevole età, la diffrazione è ancora molto utilizzata, non solo con raggi X ma anche con fasci di particelle, quali neutroni o elettroni. Annualmente si determinano oltre 100'000 strutture di molecole, decine di migliaia di solidi inorganici e minerali, e alcune migliaia di proteine.

Un diffrattometro è, in un certo senso, un microscopio incompiuto, al quale manca la lente proiettiva che consente di riprodurre un’immagine, magnificata, dell’oggetto. Tuttavia questa apparente deficienza è compensata dal fatto che con un modello relativamente semplice della disposizione degli atomi nel cristallo è possibile ricostruire “virtualmente” l’immagine con una risoluzione addirittura maggiore, e quindi con una maggiore capacità di dettaglio. Infatti, lo scopo di una determinazione struttura a raggi X non è soltanto quello di stabilire la posizione degli atomi. Poiché i Raggi X sono deflessi dalla interazione con gli elettroni del materiale, è possibile anche determinare la precisa distribuzione di densità elettronica, molto importante per studi sul legame chimico e sulle proprietà di un materiale.

Nei progetti realizzati presso l’università di Berna, si utilizza la diffrazione di Raggi X su campioni cristallini in condizioni ambientali (ossia pressione di un bar e temperatura di 25°C) ma anche non ambientali (da -200 °C fino a + 500 °C e da 1 bar fio a 200'000 bar) usando opportuno equipaggiamento sviluppato in parte in questi laboratori. Gli scopi sono molteplici, ma prevalentemente legati allo studio delle proprietà dei materiali (organici, inorganici, metallorganici, sintetici o naturali) e delle loro risposte al variare della temperatura o della pressione.

Questi studi sono all’avanguardia nel panorama della ricerca in Svizzera e nel mondo. L’acquisto di un nuovo diffrattometro consente di estendere questi studi grazie all’uso di radiazioni con energie diverse, maggiore intensità dei fasci e migliore capacità di acquisizione dei dati. Questo consentirà di ottenere risultati con maggiore risoluzione spaziale o temporale.