Laboratório Nacional
de Luz Síncrotron

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VISÃO GERAL

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SOBRE A LINHA DE LUZ


A linha de luz IR1 é uma estação experimental dedicada à nano-espectroscopia de infravermelho (nano-FTIR) na faixa de infravermelho médio (mid-IR). Seu principal propósito é a análise de propriedades opto-químicas da matéria condensada na nano-escala. De forma análoga à estabelecida espectroscopia de infravermelho (FTIR), a nano-FTIR é capaz de identificar e caracterizar um composto químico por meio de sua resposta vibracional, no entanto, com uma resolução espacial nanométrica. Além disso, por ser uma técnica baseada em óptica de campo próximo, a nano-FTIR pode ser aplicada em estudos ópticos em regime sub-difracional como plasmônica e fotônica.

 

Para operar em regime de espectroscopia além do limite de difração, a estação experimental IR1 utiliza o feixe de banda larga de IR extraído do acelerador síncrotron do LNLS como fonte de luz no experimento de microscopia óptica de campo próximo do tipo espalhamento (s-SNOM). Neste experimento uma ponta metálica de microscopia de força atômica (AFM) é utilizada como antena no confinamento da luz incidente, criando assim uma nova fonte de dimensões comparáveis ao raio da ponta de AFM (resolução espacial de ~25 nm).

 

Com tais especificações a linha IR1 do LNLS viabiliza estudos multidisciplinares em Física, Química e Biologia os quais clamam por informações opto-moleculares na nano-escala.

 

Aplicações potenciais incluem: propriedades opto-eletrônicas e vibracionais de materiais bidimensionais, análise química de domínios moleculares sub-micrométricos de blendas poliméricas, eficiência de entrega de drogas em tecidos/fragmentos biológicos, química de células isoladas, resposta vibracional de micro-artefatos arqueológicos, nano-cristais para sistemas de conversão de energia.

CONTATO


Email da Linha de Luz: N/A

Telefone da Linha de Luz: +55 19 3517 5157

 

Coordenador da Linha de Luz: Raul Freitas

Email do Coordenador: raul.freitas@lnls.br

Telefone do Coordenador: +55 19 3715 5060

Para mais informações sobre a equipe da Linha de Luz, confira a página da equipe aqui

LAYOUT


ELEMENTOS ÓTICOS

ElementoTipoPosição[m]Descrição
SOURCEBending Magnet0.0Bending Magnet D03 exit A (4°), 1.67 T, 30 mrad x 80 mrad
M1Plane, 6 mm slot2.5Gold coated, aluminum substrate
M2Tangential cone-shaped3.1Gold coated, aluminum substrate
M3Tangential cylinder3.7Gold coated, aluminum substrate
CVDDiamond window7.020 mm diameter by 500 $ \mu \rm m$ diamond window by Chemical Vapor Deposition
M4Tangential cylinder7.5Gold coated, aluminum substrate
M5Tangential cylinder7.9Gold coated, aluminum substrate

PARÂMETROS

ParâmetroValorObs. | Condição
Energy range [ $ \rm cm^{-1}$ ]3000 - 700Broadband radiation limited by beamsplitter transmission and detector sensitivity
Energy resolution [ $ \rm cm^{-1}$ ]Up to 3.3Limitted by the interferometer travel
Beam size at sample [nm, FWHM]< 40 nmNear-field spot defined by the size of the s-SNOM tip
Flux at first optical element [Phot/s/0.1%bw]$ 2.0 \times 10^{13}$at 1000 $ \rm cm^{-1}$ (10 $ \mu \rm m$)
AFM scanning stage (maximum travel) [ $ \mu \rm m$ ]$ \pm$45-
AFM scanning stage minimum step [nm]5-

INSTRUMENTAÇÃO

InstrumentoTipoModeloEspecificaçõesFabricante
s-SNOMNear-field Optical MicroscopeNeaSnom-NeaSpec
MCT DetectorSingle element Mercury-Cadmium-Telluride (MCT) KLD-0.1-J1208L750 $ \rm cm^{-1}$ to 3000 $ \rm cm^{-1}$, 100 $ \mu \rm m$ element size, DC to 1 MHz BW, $ \rm LN_{2}$ cooledKolmar Technologies
MCT DetectorSingle element MCTIRA-20-00103650 $ \rm cm^{-1}$ to 3000 $ \rm cm^{-1}$, 50 $ \mu \rm m$ element size, 500 Hz to 2 MHz BW, $ \rm LN_{2}$ cooledInfrared Associates Inc.
Si DetectorSingle element Silicon detectorPDA36A-EC350 nm to 1100 nm, 3.6 mm x 3.6 mm element size, DC to 10 MHz BW , air cooledThorlabs
InGaAs Detector Single element Indium-Gallium-Arsenide (InGaAs) detector PDA10D-EC PDA10D-EC Thorlabs
Lock-in amplifier2 input channels digital lock-in amplifierHF2LIDC to 50 MHz, 210 MSa/s, USB 2.0 high-speed, 480 Mbit/sZurich Instruments
Visible laserHeNe laserHNL150L15 mW HeNe (633 nm) laserThorlabs

CONTROLE E AQUISIÇÃO DE DADOS

 

A aquisição de dados é realizada diretamente no programa nativo do microscópio NeaSnom desenvolvido pela empresa Neaspec. Arquivos de imagens s-SNOM são compatíveis com o programa livre Gwyddion (http://gwyddion.net) e espectros pontuais, linescans e imagens espectrais são pós-processados usando rotinas em Mathematica® desenvolvidas pela equipe da Linha de Luz IR1.

 

REQUISIÇÃO DE TEMPO DE FEIXE

 

Chamados de submissão de propostas são abertos usualmente duas vezes ao ano, um para cada semestre. Todas as propostas de pesquisa acadêmica precisam ser submetidas eletronicamente através do portal SAU Online. Saiba mais sobre o processo de submissão de propostas aqui.

 

PRÉ-CARACTERIZAÇÃO E REQUISITOS DAS AMOSTRAS

Na nano-FTIR, apenas um pequeno volume (alguns milhares de moléculas!) do material é responsável pela intensidade do espalhamento medido no detector de IR. Em adição, o sinal de espalhamento também é proporcional à polarizabilidade do material tendo uma resposta forte para metais, moderada para semicondutores e minerais polares e fraca para materiais orgânicos em geral. Assim, espectros pontuais de nano-FTIR (área de 25 nm x 25 nm) em geral necessitam de ao menos 20 minutos para serem medidos, dependendo da resposta dipolar do material. Neste sentido, amostras a serem medidas nesta estação devem ser pré-caracterizadas quanto aos seguintes aspectos:

 

  • Previsão de modos vibracionais a serem investigados. Medidas de FTIR convencional oferecem uma visão geral precisa sobre a resposta vibracional do material. Para os casos não acessíveis à FTIR, é imprescindível a obtenção de uma lista de potenciais modos vibracionais com base em literatura.

 

  • Superfície deve ser compatível com AFM no modo semi-contato (modo tapping). Assim, medidas prévias de AFM são fortemente recomendadas. Os experimentos mais bem-sucedidos nesta linha são realizados em superfícies com rugosidades menores que 30 nm.

 

Para a preparação de amostras, recomenda-se a transferência ou deposição da amostra em fatias ou filmes com espessuras de 50 nm a 150 nm em substrato plano (vidro ou silício) recobertos com metal, em geral ouro. A espessura do metal deve ser no mínimo 100 nm para evitar contribuições adicionais do substrato. Caso não possua os substratos Au/Si, nos contate e podemos fornecê-los dependendo da quantidade de amostras. As dimensões típicas para os substratos são 10 mm (profundidade) x 10 mm (largura) x 0.5 mm (altura). Caso o usuário tenha amostras com dimensões atípicas para o experimento, recomenda-se o contato com a equipe da linha para maiores informações.

 

FOTOS

IR1: s-SNOM



Português:
Microscópio s-SNOM e óptica de incidência da Linha de Luz IR1.

English:
s-SNOM microscope and incidence optics of the IR1 beamline.

IR1: Estação Experimental / Experimental Station



Português:
Estação experimental de nanoespectroscopia no Infravermelho.

English:
IR nanospectrocopy experimental station.

IR1: Mesas de Controle / Control Desks



Português:
Mesas de controle experimental da linha de luz e estações de trabalho para processamento de dados para usuários.

English:
Beamline experiment control desks and data processing workstations for users.

IR1: Bancada / Workbench



Português:
Bancada para preparação de amostras para usuários da Linha de Luz IR1.

English:
Sample preparation bench for users of the IR1 beamline.