Leonardo De Boni.

O projeto apresentado tem como intuito a elaboração de um experimento de espalhamento hiper-Rayleigh não degenerado, o qual irá permitir da determinação da primeira hiperpolarizabilidade de materiais orgânicas e inorgânicas em solução ou dispersão em solvente. A técnica utilizará de dois feixes laser pulsados, os quais serão independentemente sintonizáveis em comprimentos de onda distinto, possibilitando estudos que abrangem luz no espectro visível e infravermelho próximo, fornecendo uma alta versatilidade na combinação das frequências de excitação. O controle independente das duas frequências de excitação possibilitará otimizar o sinal de espalhamento não-linear utilizando propriedades intrínsecas dos materiais como, por exemplo, as bandas de absorção, a qual propicia efeitos de aumento ressonantes por um ou dois fótons nas propriedades ópticas não lineares. A técnica permitirá ainda o controle da polarização linear ou circular dos feixes de forme independente, permitindo a observação da atividade óptica do espalhamento hiper-Rayleigh e a combinação de diferentes pares de polarização. Após a montagem da técnica, a mesma será utilizada para estudar a primeira hiperpolarizabilidade de vários conjuntos de compostos. A partir da observação do efeito de segunda ordem de materiais sob diferentes condições, será possível relacionar sua propriedade óptica de segunda ordem com propriedades estruturais e eletrônicas, possibilitando o entendimento dos processos ópticos não lineares não degenerados desses materiais e de sua estrutura eletrônica. Serão estudados quatro grupos de compostos: azoaromáticos, biomoléculas quirais, polímeros supramoleculares quirais e nanocristais de perovskita não emissivas. O estudo da resposta óptica de segunda ordem desses materiais irá possibilitar maior entendimento da relação entre estrutura e efeito não-linear, viabilizando futuras aplicações fotônicas. Além disso, os diferentes grupos de materiais permitirão pôr a prova as capacidades da técnica de espalhamento hiper-Rayleigh não degenerada e possibilitar inúmeros novos estudos de espectroscopia óptica não-linear.

This IEA project 2P-SIPT targets the study of a large series of organic fluorophores prone to pH ratiometric detection owing to a fine-tuning competition between two excited states, involving intramolecular or intermolecular proton transfer processes (ESPT vs ESIPT). This concept, exemplified by a recent proof of concept targets the detection of small pH changes in the micro-environment of the probes in biological medium. Small chemical modifications on the core of the molecules will be undertaken in order to finely modulate the pKa and reach physiological values (7.2-7.4). Full photophysical studies will be conducted first in organic solvents and second in aqueous buffer solutions by simple encapsulation of the dyes in amphiphilic polymers. Non-linear optical properties will be also studied to determine two-photon absorption cross-sections for all dyes. R$ 140000,00

The research that will be carried out in this project aims to obtain unprecedented scientific and intellectual results, as it will allow a more complete understanding of non-linear optical responses in different materials. As described in the project, it will be possible to analyze and create more complete models to describe non-linear optical processes. This is possible through correlations between different optical processes mediated by similar photophysical parameters, connecting different experimental techniques. In other words, it will be possible to predict with high resolution the spectra of non-linear optical effects, looking for regions of maximum optical processes, which can be applied to new technologies, or even improving existing ones. Such research and its results will allow the development and manipulation of new materials with applications in photonics, biophotonics and telecommunications, among others. The proposed experimental techniques, even one of them in the elaboration phase in
our laboratory, and as far as we know, both non-existent in our country, will provide complete and new results in the understanding of the interaction of radiation with matter, linking the effects to possible developments of new materials with technological applications. Some results presented in scientific articles in research groups abroad show that these techniques are fundamental to determine spectral regions in which non-linear optical effects are amplified. These experimental techniques present an innovative potential for second harmonic generation measurements and their correlation with multiphoton absorptions, in addition to providing a complete determination of their spectra. One of the traditions of the IFSC/USP Photonics Group is focused on studies of non-linear optics in different materials, including organic materials. These techniques will provide new methods and results in molecular second harmonic generation and absorptions. This will bring an interesting scientific development to the Research Group, as the range of experimental techniques will be increased, covering gaps in which the existing techniques in our group are not able to provide the results with the necessary reliability. Many research groups that interact with ours are always interested in obtaining new properties from the materials synthesized by them. The determination of second harmonic generation spectra has an important technological application, which is the determination of regions where effects can be amplified in many orders, thus reducing the high energy generation of optical harmonics. In addition, as basic studies, these provide important information about the material and its interaction with the dielectric medium. Basic research-level understanding of these processes serves as the basis
for materials engineering, which can optimize linear and non-linear optical processors through point modifications.

Bolsa de Produtividade, Nível 1D, 304202/2022-3; R$115200,00

Congresso Internacional de Nano & Biofotônica

R$ 25.000,00

Army - W911NF2110362 - $25000.00

Reparo de Equipamento - pesquisa

Bolsa de Produtividade, Nível 2, 306045/2019-2; R$39.600,00

Participação em congresso no Exterior.

FAPESP 2018/11283-7: - Temático - R$ 569.399,91; US$ 559.762,37

Projeto Individual FAPESP: 182000,00

A pesquisa que será desenvolvida nesse período está relacionada com o desenvolvimento e modernização de um laboratório de espectroscopia ultrarrápida, o qual trará, em um futuro próximo, a possibilidade de estudos de dinâmica temporal ultrarrápida em diferentes materiais, como por exemplo, moléculas orgânicas e compostos inorgânicos. Além desses estudos iniciais em femtoquímica, pretende-se utilizar futuramente tal estrutura experimental para o estudo de materiais biológicos, como proteínas e DNA, o qual necessitará da utilização de controle de polarização dos lasers envolvidos na técnica espectroscópica ultrarrápida. O objetivo principal será o desenvolvimento e modernização das técnicas de espectroscopia ultrarrápida por transmitância (absorção transiente) e a adaptação da mesma para o estudo de materiais quirais e possivelmente metamateriais. Ambas as técnicas e suas adaptações necessitam de componentes ópticos e mecânicos extremamente precisos e confiáveis, os quais deverão ser adquiridos com a aprovação desse projeto. Nesses próximos anos, o projeto de pesquisa será associado à montagem e obtenção de resultados significativos na área de femtoquímica em materiais orgânicos com grande importância para o conhecimento básico na área e alta relevância para aplicação em tecnologia. O estudo da dinâmica populacional empregando-se controle de polarização dos campos de excitação e prova pode trazer informações importantes sobre moléculas em seus estados excitados e como a estrutura quiral se comporta fora de seu equilíbrio. Em tais estados ou bandas de energia, a interação com a luz pode trazer informações importantes para o entendimento de estruturas secundárias de moléculas quirais (DNA, aminoácidos e etc). Baseando-se nisso, na possibilidade de se observar como efeitos de quiralidade podem se comportar no tempo ultrarrápido (centenas de femtossegundos a dezenas de picossegundos), o presente projeto tem como, além de modernizar a técnica de absorção transiente (excitação e prova), a adaptação do controle dos estados de polarização dos campos ópticos (linearmente polarizado, circularmente polarizado à esquerda e à direita) para uma ampla faixa espectral (VIS-NIR). Após a implementação de tal técnica, ela será usada para caracterizar e quantificar os efeitos não lineares em materiais orgânicos conhecidos, os quais podem apresentar dependência com polarização da luz. Essa parte se enquadra a uma melhora considerável da técnica disponível e obsoleta no Grupo de Fotônica. A técnica está limitada em resolução temporal e/ou espectral devido aos componentes ópticos e mecânicos já defeituosos e antigos, os quais reduzem as margens de confiabilidade da técnica. A melhora e modernização da técnica tornará a linha de espectroscopia ultrarrápida competitiva com os principais grupos do exterior. O importante também é enfatizar aqui que na segunda etapa do projeto, a qual entra o controle de polarização, tornará a técnica de absorção transiente sensível ao dicroísmo circular em estados excitados de materiais quirais. Pode-se afirmar com certeza, que técnicas que estudam dicroísmo circular de estado excitado e sua dinâmica são poucas, o que torna esse campo de estudo algo totalmente promissor para a geração de conceitos básicos e abertura de novas frentes de pesquisa. Essa técnica experimental será aplicada no entendimento de materiais quirais básicos como moléculas orgânicas simples e polímeros quirais e pode ser o início do uso da mesma para compreender moléculas mais complexas como DNA, proteínas e etc.

Bolsa de Produtividade em Pesquisa Valor: R$39.600,00

Army USA ? W911NF-17-1-0521. US$70000,00

Este projeto visa à utilização de um laser de picossegundos para a obtenção do espalhamento
HyperRayleigh dependentes da polarização da luz. Esse método de investigação pode ser aplicado tanto em
materiais orgânicos como também em inorgânicos, entre eles materiais biológicos e fotônicos
(metamateriais). A interação da luz com diferentes polarizações e a estrutura molecular pode trazer
informações importantes para o entendimento de estruturas secundárias de moléculas quirais (DNA,
aminoácidos e etc). Sendo assim, pretende-se implementar o controle de polarização em estudos iniciais em
moléculas e polímeros quirais com um objetivo futuro de se entender possíveis dependências do efeito e
importância desses para se desenvolver novas tecnologias.

Reparo de Equipamento (LASER CLARCK CPA-2001) no valor de US$ 6900,00

Ajuda de custo para a participação em congresso de Óptica no exterior referente a apresentação de três trabalhos relacionados a Óptica não linear e Femtoquímica. Valor concedido em US$ 3.918,92

Air Force USA - FA9550-15-1-0521 - US$120000,00

Bolsa de Produtividade em Pesquisa Valor: R$39.600,00

Projeto para troca de componentes de um LASER Verdi V5 no valor total de US$ 18.949,70

Projeto Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia de Fotônica

Valor do projeto de reparo: US$ 10.493,75

FAPESP 2011/20369-3 - Regular: R$ 71.613,68; US$ 13.455,85

Bolsa de Produtividade em Pesquisa Valor: R$39.600,00

Projeto Temático FAPESP, Processo: 2011/12399-0

Edital MCT/CNPq 14/2010 - Universal - Faixa A - 12.880,00

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