Джачинто Скоулз

Джачинто Скоулз (родился в 1935 году в Турине, Италия ) - европейский и североамериканский химик и физик , наиболее известный своими новаторскими разработками методов молекулярных пучков для изучения слабых ван-дер-ваальсовых сил между атомами, молекулами и поверхностями. Он разработал криогенный болометр как универсальный детектор атомных и молекулярных пучков, который не только может обнаруживать небольшой поток молекул, но также реагирует на внутреннюю энергию молекул. Это основа методики оптотермической спектроскопии, которую Скоулз и другие использовали для получения очень высокого отношения сигнал-шум и вращательно-колебательных спектров с высоким разрешением.

Биография [ править ]

Скоулз родился в Италии и вырос там во время Второй мировой войны. Через несколько лет после войны он вместе с семьей переехал в Испанию, где Скоулз провел свою юность. Он вернулся в Италию и в 1959 году окончил Генуэзский университет по специальности химия. Его рекорд публикаций начался с публикации «Давление паров изотопных жидкостей I», опубликованной в 1959 году в Il Nuovo Cimento. Начав свои междисциплинарные исследования между химией и физикой, в 1960 году он был назначен доцентом физического факультета Генуэзского университета, где он читал лабораторный курс и проводил эксперименты по разделению изотопов во время физической адсорбции ( физисорбции ).

В 1961 году он сменил область исследований и присоединился к группе Яна Бинаккера в Лаборатории Камерлинг-Оннес при Лейденском университете в Нидерландах. Там он стал соавтором одной из первых работ [1] о том, что вскоре стало известно как эффект Зенфтлбена-Бинаккера : влияние внешнего магнитного или электрического поля на транспортные свойства разбавленных многоатомных газов. Идея этого эффекта заключается в том, что каждая многоатомная молекула - даже простая парамагнитная молекула, такая как N ₂ - имеет магнитный момент из-за ее вращения из конца в конец, который можно использовать в качестве ручки, чтобы заставить ее прецессировать во внешнем магнитном поле. поле . Если частота прецессии достаточно велика по сравнению счастота столкновений , среднее кинетическое сечение изменится, как и транспортные свойства. Точно так же для полярных молекул можно использовать электрические поля для достижения желаемой прецессии. Это поле дало богатую информацию о несферической части (то есть угловой зависимости) межмолекулярного потенциала. Кроме того, позже было обнаружено несколько новых явлений, которые, как считалось, не существовали в нейтральных газах, например эффекты поперечного переноса в магнитном поле, сравнимые с эффектом Холла в электропроводности.

В 1964 году Джачинто Скоулз вернулся в Генуэзский университет в качестве доцента физики. В Генуе он оставался до 1971 года и в те годы основал известную лабораторию молекулярных пучков, посвященную исследованию межмолекулярных сил в газах. Наиболее значительным было создание криогенного болометра для обнаружения молекулярных пучков. Болометры обнаруживают крошечное тепловложение (с шумом порядка ^10-14 Вт на квадратный корень герц).) и ранее были разработаны как детекторы инфракрасного излучения, но здесь они используются для измерения внутренней и поступательной энергии пучка атомов или молекул. Испытательная установка, созданная совместно с М. Каваллини и Дж. Галлинаро [2], давала большие преимущества по сравнению с традиционными методами, использовавшимися в то время, и снижала стоимость изготовления балочных машин. Скоулз и его коллеги опубликовали серию ключевых работ, которые включают определение энергетической зависимости интегрального сечения столкновения He, рассеянного He [3], наблюдение «радужного рассеяния» между двумя скрещенными лучами аргона [4], первое измерение орбитальных резонансов в рассеянии между двумя атомами (Hg и H) [5].

В 1971 году Скоулз перешел в Университет Ватерлоо , Канада, в качестве профессора химии и физики. Там он основал первую в Канаде успешную лабораторию с перекрестными молекулярными пучками . Он поможет установить Waterloo Центр молекулярных пучков и лазерной химии , в Центре Surface Science в технологии , а также еженедельные химической физики семинары и ежегодный симпозиум по химической физики, оба из которых продолжаются и по сей день. Он был первоначальным (исполняющим обязанности) директора Центра аспирантуры Гвельфа-Ватерлоо в области химии., первая настоящая межвузовская программа для выпускников в Канаде. Скоулз провел исследования поперечного сечения дифференциального рассеяния на перекрестных лучах взаимодействий атом-атом, атом-молекула и молекула-молекула, используя свой детектор-болометр. Он также начал использовать дифракцию на атоме гелия для изучения структуры поверхностей, как чистых кристаллов, которые часто претерпевают изменения по сравнению с объемной структурой (реконструкция), так и структуры покрывающих слоев.атомов и молекул, поглощенных поверхностями. Вместе с Терри Гофом и затем аспирантом Роджером Миллером Скоулз представил методику оптотермической спектроскопии молекулярных пучков с помощью болометра, при которой болометром регистрируется колебательное возбуждение пучка молекул. Они использовали эту технику для изучения колебательной диссоциации комплекса из двух или более молекул, удерживаемых вместе силами Ван-дер-Ваальса. К началу 1980-х Скоулз начал первые исследования спектроскопии молекул, адсорбированных в кластерах атомов инертных газов или на них.

В середине-конце 1970-х Скоулз провел часть своего времени в университете Тренто , Италия, где он основал новую лабораторию молекулярных пучков. Деятельность лаборатории в Тренто была в основном сосредоточена на опто-термической спектроскопии и экспериментах по рассеянию атомарного водорода.

Джацинто Скоулз переехал в Принстонский университет в 1986 году. Одним из экспериментов, которые Скоулз привез в Принстон, было изучение ИК-спектроскопии молекул, присоединенных к кластерам инертного газа, особенно кластерам Ar и Xe. В этой работе он разработал широко применяемую ныне «технику пикапа» [6] и подготовил почву для своей более поздней новаторской работы по нанокаплям сверхтекучего гелия, за которую он недавно получил премию Бенджамина Франклина.по физике. Эксперименты с гелием, начатые студентами С. Гоялом и Д. Шуттом, позволили получить первые молекулярные спектры растворенных веществ в жидком гелии, уникальном сверхтекучем растворителе [7]. Франк Штиенкемайер присоединился к группе в качестве постдока и вместе с аспирантами Джоном Хиггинсом и Карло Каллегари (и приглашенным в творческий отпуск Вольфгангом Эрнстом) установил «щелочной возраст» группы, который дал богатую возможность исследовать химическую динамику в этом увлекательном состоянии матери [ 8]. Аспирант Джеймс Рехо применил методы спектроскопии с временным разрешением [9]. Эрик Керстел защитил диссертацию по субдоплеровской спектроскопии водородно-связанных комплексов, включая первые такие спектры в области колебательного обертона [10]. Брукс Пейт привел Скоулза и Кевина К. Леманнавместе для того, что оказалось длинной серией экспериментов (и многих докторских диссертаций), которые характеризовали внутримолекулярное колебательное перераспределение энергии. Сначала они изучили фундаментальные области спектра и области первого обертона растяжения водорода и наблюдали лоренцевы формы линий из-за необратимой релаксации для больших молекул с очень высокой плотностью состояний.[11]. Они разработали методы двойного резонанса ИК-СВЧ и позже ИК-ИК-диапазона, чтобы обеспечить однозначное квантовое отнесение даже к сильно перегруженным спектрам и достичь более высоких энергий [12]. Работа Андреа Каллегари по бензолу, давно являвшемуся модельной системой для таких исследований, отмечена среди многих подобных исследований. После этой работы Карло Каллегари преобразовал прибор в машину для капель гелия, которая была использована для первого исследования обертонных колебательных переходов в нанокаплях гелия. Также наблюдались чистые вращательные спектры HCCCN и HCN в гелии [13]. Это установило, что одна капля может поглотить несколько тысяч фотонов без «оптической откачки» из резонанса.

Скоулз сыграл важную роль в создании Принстонского института материалов и стал близким сотрудником Питера Эйзенбергера, его первого директора. Скоулз также привез в Принстон свой гелиевый дифракционный спектрометр для изучения структуры поверхности [14]. Его внимание переключилось с неорганических покрытий на изучение самоорганизующихся монослоев, в частности алкантиолов на Au (111) [15]. Скоулз сотрудничал с Эйзенбергером в использовании рентгеновских лучей в качестве дополнительного инструмента структуры поверхности и продемонстрировал мощь комбинации этих двух методов. Джачинто накопил опыт в области атомно-силовой микроскопии (АСМ) для изучения структуры поверхности и, в последнее время, модификации поверхности, вызванной наконечником, с использованием техники нанотрансплантации [16,17], которая ранее была разработана его бывшим учеником Ганг Ю Лю. В сотрудничестве со Стивом Бернашеком,Джачинто также изучал влияние колебательного возбуждения (снова впервые в области первого обертона CH) на вероятность прилипания молекулы (метана) к поверхности металла [18].

Начиная с 2003 года Скоулз вернулся в Италию на неполный рабочий день, записавшись на приемы в Trieste Synchrotron Elettra и в Международную школу перспективных исследований ( SISSA ). В SISSA он присоединился к группе Condensed Matter, где он начал сотрудничать по теоретическим проблемам, связанным с нанокаплями гелия и с физической сорбцией. В то же время он основал экспериментальную группу в Элеттре, сосредоточив внимание на нанонауке, уделяя особое внимание самоорганизующимся монослоям и их свойствам [19,20]. Позже Скоулз расширил свои исследования в области биологических процессов, биофизики и наномедицины в нанометровом масштабе в сотрудничестве с местным Консорциумом молекулярной биомедицины .

Награды и награды [ править ]

• 2006 - Премия за исследования химического факультета Бохумского университета.
• 2006 - Медаль Бенджамина Франклина по физике (с Яном Питером Тоеннис ) от Института Франклина .
• 2003 - Премия за творчество от NSF 2003-5
• 2004 - Техасский университет A&M , лектор по химическим исследованиям
• 2004 г. - преподаватель Московица в Университете Миннесоты , октябрь 2004 г.
• 2003 г. - заслуженный приглашенный профессор Университета Флориды , Гейнсвилл.
• 2003 - Эрл K Плайлера премия для молекулярной спектроскопии из Американского физического общества (с Кевином К. Lehmann ).
• 2002 - Премия Питера Дебая в области физической химии Американского химического общества
• 2001 г. - лектор HE Gunning, факультет химии, Университет Альберты.
• 2000 г. - избран иностранным членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук ^[1].
• 2000 - почетный доктор наук Университета Ватерлоо.
• 1999 - Сэмюэл М. МакЭлвейн, лектор, Университет Висконсин-Мэдисон
• 1997 - избран членом Королевского общества (Великобритания).
• 1996 - Почетный доктор физики Генуэзского университета.
• 1995 - стипендиат Фонда Александра фон Гумбольдта.
• 1995 г. - лауреат премии Липпинкотта 1995 г. от Оптического общества Америки , Общества Кобленца и Общества прикладной спектроскопии.
• 1986 - Старшее товарищество Киллама.

Ссылки [ править ]

• [1] JJM Beenakker, G. Scoles, HFP Knaap, RM Jonkman, Phys. Lett. 2 , 5-6 (1962).
• [2] Каваллини М. Галлинаро Г. Скоулз Г., З. Натурфорш 24а , 1850, (1969).
• [3] Dondi, MG, Scoles, G., Torello, F., Pauly, H., J. Chem. Phys. , 51 : 392 (1969).
• [4] Каваллини М., Галлинаро Г., Менегетти Л., Скоулз Г. и Вальбуса У., Chem. Phys. Lett. 7 , 303 (1970).
• [5] Schutte A., Bassi D., Tommasini F., Scoles G., Phys. Rev. Lett. 29 , 979, (1972).
• [6] DJ Levandier, J. McCombie, R. Pursel и G. Scoles, J. Chem. Phys. 86 , 7239 (1987).
• [7] S. Goyal, DL Schutt, G. Scoles, Phys. Rev. Lett. 69 , 933 (1992).
• [8] F. Stienkemeier, J. Higgins, WE Ernst, G. Scoles, Phys. Rev. Lett. 74 (18), 3592-95 (1995).
• [9] Дж. Хиггинс, К. Каллегари, Дж. Рехо, Ф. Стиенкемайер, У. Э. Эрнст, К. К. Леманн, М. Гутовски и Г. Скоулз, Science 273 629-631 (1996).
• [10] Х. Мейер, ERTh. Kerstel, D. Zhuang и G. Scoles, J. Chem. Phys. 90 , 4623 (1989).
• [11] E. Kerstel, KK Lehmann, TF Mentel, BH Pate и G. Scoles, J. Phys. Chem. 95 , 8282 (1991).
• [12] ER Th. Kerstel, KK Lehmann, JE Gambogi, X. Yang и G. Scoles. J. Chem. Phys. 99 8559-8570 (1993).
• [13] I. Reinhard, C. Callegari, A. Conjusteau, KK Lehmann, G. Scoles, Phys. Rev. Lett. 82 , 5036-5039 (1999).
• [14] CED Chidsey, G.-Y. Лю, П. Раунтри и Г. Скоулз, J. Chem. Phys. 91 , 4421 (1989).
• [15] N. Camillone III, P. Eisenberger, TYB Leung, P. Schwartz, G. Scoles, GE Poirier и MJ Tarlov, J. Chem. Phys. 101 , 11031 (1994).
• [16] Y. Hu, A. Das, MH Hecht, and G. Scoles, Langmuir 21 (20), 9103-9109 (2005).
• [17] C. Staii, DW Wood, G. Scoles, J. Am. Chem. Soc. 130 (2), 640-646 (2008).
• [18] J. Higgins, A. Conjusteau, G. Scoles, SL Bernasek, J. Chem. Phys. 114 (12), 5277-5283 (2001).
• [19] R. Mazzarello, A. Cossaro, A. Verdini, R. Rousseau, L. Casalis, MF Danisman, L. Floreano, S. Scandolo, A. Morgante, G. Scoles, Phys. Rev. Lett. 98 (1), ст. № 016102 (2007).
• [20] M. Castronovo, F. Bano, S. Raugei, D. Scaini, M. Dell'Angela, R. Hudej, L. Casalis и G. Scoles, J. Am. Chem. Soc. 129 (9), 2636-2641 (2007).