CONTATO & EQUIPE
Para mais informações sobre a linha de luz, entre em contato.
A linha TGM (Monocromador de Grade Toroidal) é uma estação experimental dedicada a técnicas espectroscópicas na região do ultravioleta e ultravioleta de vácuo e opera na faixa de energia entre 3 e 330 eV (ca. 400 – 4 nm). Nesta faixa de energia, é possível realizar estudos quanto à estrutura eletrônica e propriedades ópticas de sólidos, além de estudos de interesse atmosférico, astrofísico, astroquímico e astrobiológico.
A linha TGM foi a primeira a ser construída e disponibilizada para usuários no anel UVX do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, a partir de 1997. Esta é uma linha essencialmente de espectroscopia e é baseada em radiação de dipolo magnético, estando situada na saída D05A do anel UVX com um magneto de 1.67 T. Seu monocromador possui três grades toroidais e atualmente opera desde o visível, na região do azul (3 eV, ca. 400 nm) à região do ultravioleta profundo (330 eV, ca. 4 nm) em condições de ultra alto-vácuo. Para garantir a pureza no espectro, sem contaminações de harmônicos de segunda e terceira ordem, a linha possui um conjunto de filtros de gases, com bombeamento diferencial, que são os filtros de He, Ne, Ar e Ne ou suas misturas com cortes passa-baixa em 24.6, 21.6, 15.7 e 14.1 eV, respectivamente. Além dos filtros de gases, há um conjunto de filtros sólidos que são lâminas com menos de 200 mm de espessura de vidro (4.1 eV), quartzo (8.2 eV) e MgF2 (10.9 eV). Acima de 50 eV, a própria geometria da linha age como um filtro de harmônicos de ordens superiores.
Esta linha cobre uma importante faixa do espectro, sendo uma das poucas no mundo a operar nesta região em energia, em que podem ser realizados estudos relativos à absorção na região da borda K de elementos leves como o Li e na região das bordas L de elementos de interesse ambiental e da ciência dos solos como S, P, Cl e K. Na TGM é ainda possível realizar estudos quanto à estrutura eletrônica de semicondutores e isolantes, luminescência de sólidos, espectrometria de massa, estudos de fotodegradação e fotoionização de polímeros e biomoléculas, além da possibilidade de simular condições extremas como as condições espaciais e realizar estudos de interesse astroquímico, astrofísico e astrobiológico.
Os desenvolvimentos em andamento na TGM incluem a instalação e o comissionamento de um microscópio de fotoemissão (Photoemission Microscopy – PEEM), uma câmara dedicada a dicroísmo circular no ultravioleta, para estudos relacionados à biologia estrutural, e uma câmara dedicada a medidas ópticas em modos de excitação, emissão e resolvidos no tempo, incluindo uma montagem para medidas criogênicas.
Para mais informações sobre a linha de luz, entre em contato.
As técnicas e configurações experimentais a seguir estão disponíveis nesta linha de luz. Para saber mais sobre as limitações e requerimentos das técnicas, contate o coordenador da linha de luz antes de submeter sua proposta.
A técnica de fotoluminescência, do inglês Photoluminescence (PL), na região em energia do ultravioleta violeta de vácuo é usada para investigar a região da banda de valência e a região do band gap óptico de sólidos cristalinos como isolantes e semicondutores. Com esta técnica é possível descrever a banda de valência, a largura do band gap, a posição de níveis de energia e entender o papel de cada uma dessas variáveis no processo de emissão luminescente de um material cristalino, por exemplo. Este tipo de informação permite o desenvolvimento de materiais para aplicações específicas, por exemplo: marcadores biológicos, detectores de radiação, materiais usados na confecção de lasers e diodos emissores de luz (light emitting diodes – LED), fósforos para iluminação, materiais armazenadores de energia, etc.
Montagem: A montagem para medidas de PL apresenta dois principais modos de detecção de luz. 1 – Excitação: uma fibra óptica é posicionada em ângulo com a amostra e o feixe de radiação síncrotron, de modo que a fibra possa coletar a máxima quantidade de luz emitida pela amostra após sua exposição à radiação. Essa fibra é acoplada a uma fotomultiplicadora, a qual integrará o sinal coletado e permitirá que sejam obtidas informações sobre a excitação das amostras numa faixa de energia específica. 2 – Emissão: é dedicado ao estudo do perfil da emissão de um dado material quando excitado em energias específicas. A mesma fibra óptica usada nos estudos de excitação, ainda posicionada em ângulo com a amostra, agora é conectada a um espectrômetro (200 – 900 nm) e o perfil da emissão é gravado. É possível também compor montagens auxiliares que envolvem o monitoramento simultâneo de excitação, emissão e intensidade da emissão, ou medidas resolvidas no tempo (fluorescência e persistência). Nas medidas resolvidas no tempo, o modo de persistência está disponível na linha de luz. Já o modo de fluorescência, somente está disponível quando o acelerador opera em modo de raios X pulsados, o modo single-bunch. Medidas por Total Electron Yield (TEY) é usado de forma a complementar esse tipo de experimento, pois permite a obtenção de informações quanto à absorção da amostra. Para maiores informações, contatar o coordenador da linha.
Publicações recentes usando essa montagem:
A linha TGM pode ser usada como uma fonte de luz com características únicas. Nela, são cobertos comprimentos de onda menores que 280 nm (UVB) e o ultravioleta profundo (até ca. 4 nm), semelhante ao ambiente espacial. Além disso, é possível utilizar a luz monocromatizada ou o modo de feixe branco (espectro completo/reflexão total) ou feixe pink (feixe branco com filtro de gases passa-baixa, para evitar altas energias). Esses modos podem ser usados para simular irradiação solar no espaço e para testar materiais para a indústria aeroespacial (especialmente polímeros), e também como fonte de luz em estudos de astroquímica em fases sólidas e gasosas, astrofísica e para sondar a resistência de biomoléculas e microorganismos em condições espaciais ou simulações planetárias para astrobiologia.
Montagem: neste modo, a TGM normalmente opera com uma câmara padrão para a irradiação de materiais. Se necessário, aparatos diferenciados de medidas podem ser montados para monitorar a amostra in situ e em tempo real, e estes podem incluir espectrômetros de massa (QMS, ToF) ou detectores para espectroscopias no UV-Vis e Raman. Montagens customizadas podem ser preparados ou adaptados. Para mais informações, contate o coordenador da linha.
Publicações recentes usando essa montagem:
| Elemento | Tipo | Posição [m] | Descrição |
|---|---|---|---|
| SOURCE | Bending Magnet | – | Bending Magnet D05 exit A (4°), 1.67T, |
| M1 | Toroidal focusing mirror | – | R = 93.23m |
| Monochromator | Toroidal gratings, grazing incidence | – | Grating 1: 3 – 13 eV (Pt, 75 l/mm) Grating 2: 13 – 100 eV (Au, 200 l/mm) Grating 3: 100 – 330 eV (Au, 1800 l/mm) |
| M2 | Toroidal focusing mirror | R = 139.16m | |
| M3 | Toroidal focusing mirror | R = 74.00m | |
| Harmonics filters | Gas and solids | Differentially pumped gas filter (up to 24.59 eV) Solid state filters: Glass, quartz and MgF2 windows |
| Parâmetro | Valor | Condição |
|---|---|---|
| Energy range [eV] | 3 – 330 | – |
| Energy resolution [ΔE/E] | 500 -700 | effective |
| Beam size at sample [mm2, FWHM] | 1.0 | 2mm X 0.5mm |
| Flux density at sample [ph/s/mm2] | 109 | at 10 eV |
| Flux density at sample [ph/s/mm2] | 5 x 1011 | whitebeam |
| Polarization control | – | Entrance polarization slits (upper and lower) to use natural polarization. |
| Instrumento | Tipo | Modelo | Fabricante | Especificações |
|---|---|---|---|---|
| Detector | Photomultipliers | R928 R316 R594 | – | Hamamatsu |
| Detector | Photodiodes | AXUV/SXUV100 | – | International Radiation Detectors (IRD) |
| Detector | Silicon Photomultiplier (Si-PM) | S13360-3025CS | – | Hamamatsu |
| Detector | Emission spectrograph | QE65000 | – | Ocean optics |
| Detector | Total electron Yield (TEY) | 6514 and 6485 | – | Keithley |
| Detector | VUV ionization chamber | – | – | – |
| Espectrômetro | Micro-Raman para medidas fora da linha | inVia | Lasers de excitação: 532, 633 e 785nm; Detector: CCD; Sistema de mapeamento 2D e 3D; Sondas de fibra ótica para medidas de processos; Objetivas de 5, 20, 50 e 100X; Cela de temperatura Linkam (-196°C – 600°C) | Renishaw |
The beamline is controlled by EPICS, under Linux based systems, with most of the scripts in Python and a user-friendly graphic interface.
Clique aqui para baixar o Manual da Linha de Luz TGM (em português).
Usuários devem declarar a utilização das instalações do LNLS em qualquer publicação, como artigos, apresentações em conferências, tese ou qualquer outro material publicado que utilize dados obtidos na realização de sua proposta.
Abaixo está disponível a lista de artigos científicos produzidos com dados obtidos nas instalações desta Linha de Luz e publicados em periódicos indexados pela base de dados Web of Science.
Hilario, E. G. ;Rodrigues, L. C. V.;Caiut, J.M.A.. Spectroscopic study of the 4f (n-1)5d transitions of LaPO4 doped with Pr3+ or co-doped with Pr3+ and Gd3+ in the vacuum ultra violet region, Nanotechnology, v.33, n.30, p.305703, 2022. DOI:10.1088/1361-6528/ac6679
Oliveira, R. de;Guallichico, L. A. G. ;Policarpo, E.;Cadore, A. R.;Freitas, R. O.;Silva, F. M. C. da ;Teixeira, V. C.;Magalhães-Paniago, R.;Chacham, H.;Matos, M. J. de S.;Malachias, A.;Krambrock, K.;Barcelos, I. D.. High throughput investigation of an emergent and naturally abundant 2D material: Clinochlore, Applied Surface Science, v.599, p. 153959, 2022. DOI:10.1016/j.apsusc.2022.153959
Coura, R, L. C. ; Andrade, A. B.; Monteiro, T. de J.; Novais, S. M. V.; Macedo, Z. S.; Valerio, M. E. G.. Photoluminescent properties of BaF2 scintillator-polystyrene composite films under vacuum ultraviolet radiation, Materials Research Bulletin, v.135, p. 111159, 2021. DOI:10.1016/j.materresbull.2020.111159
Lago, A. F.; Rogério, D. O. de ; Farias, D. B. ; Cavasso-Filho, R. L.; Dávalos, J. Z.. Investigation of the molecular structure and VUV-induced ion dissociation dynamics of 2-azetidinone (C3H5NO), Rapid Communications in Mass Spectrometry, v.35, n.3, p. e8988, 2021. DOI:10.1002/rcm.8988
Silva, A. M. B. da ; Silveira, W. S.; Matos, T. S.; Junot, D. O.; Rezende, M. V. dos S.; Souza, D. N.. Effect of terbium and silver co-doping on the enhancement of photoluminescence in CaSO4 phosphors, Optical Materials, v.111, p. 110717, 2021. DOI:10.1016/j.optmat.2020.110717
Fitaroni, L. B.; Cacuro, T. A.; Costa, C. A. R.; Lanzoni, E. M.; Galante, D.; Araujo, J. R. de; Homem, M. G. P.; Waldman, W. R.; Cruz, S. A.. Polymeric nanowrinkles: surface modification of polypropylene films in the VUV energy range, Journal of Materials Science, v.56, n.15, p.9532-9543, 2021. DOI:10.1007/s10853-021-05879-1
Artiushenko, O. ; Zaitsev, V.; Rojano, W. J. S.; Freitas, G. A.; Nazarkovsky, M. ; Saint'Pierre, T. D. ; Kai, J.. Rationally designed dipicolinate-functionalized silica for highly efficient recovery of rare-earth elements from e-waste, Journal of Hazardous Materials, v.408, p. 124976, 2021. DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.124976
Português:
Câmara Padrão.
English:
Standard Chamber
Português:
Visão geral da linha de luz TGM.
English:
Overview of the TGM beamline.
Português:
Vista lateral da Linha de Luz TGM.
English:
Lateral view of the TGM beamline.
Português:
Monocromador.
English:
Monochromator.
Português:
Estações de trabalho para Usuários.
English:
Workstation for Users.
Português:
Aparato para medidas ópticas.
English:
Optical measurement apparatus.
Português:
Grade de Difração no Monocromador.
English:
Diffraction gratings in the Monocromator.
Português:
Espectrômetro micro-Raman Renishaw in-Via para medidas fora da linha.
English:
Renishaw inVia micro-Raman spectrometer for off-line measurements.
Português:
Exemplo de mapeamento Raman 2D de óxido de ferro em um microfóssil.
English:
Example of a 2D Raman mapping of iron oxide on a microfossil.
Português:
Exemplo de mapeamento 3D (energia de excitação x comprimento de onda de emissão x intensidade de emissão) da região do band gap de um aluminato de estrôncio dopado com terras raras.
English:
Example of a 3D mapping (excitation energy x emission wavelength x emission intensity) around the optical band gap of a rare earth doped strontium aluminate.
Português:
Espectro de excitação ao redor do band gap óptico de um aluminato de estrôncio dopado com terras raras.
English:
Excitation spectrum around the optical band gap of a rare earth doped strontium aluminate.
Português:
Espectros de emissão de um aluminato de estrôncio dopado com terras raras, excitados em diferentes energia no ultravioleta de vácuo.
English:
Emission spectra of a rare earth doped strontium aluminate, excited in the vacuum ultraviolet energy range.
Português:
Curvas de decaimento persistente de um aluminato de estrôncio dopado com terras raras, excitadas acima e na posição do band gap do material.
English:
Persistent decay curves of a rare earth doped strontium aluminate, excited above and at the material band gap position.