CONTATO & EQUIPE
Para mais informações sobre a linha de luz, entre em contato.
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.
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A linha IR1 é exclusivamente dedicada à técnica de Microscopia Óptica de Campo Próximo do tipo Espalhamento (s-SNOM) a qual associa microscopia de infravermelho (µ-FTIR) e microscopia de força atômica (AFM). Para saber mais sobre as limitações e requerimentos das técnicas, contate o coordenador da linha de luz antes de submeter sua proposta.
scattering Scanning Near-Field Optical Microscopy (s-SNOM) is a nanoscopy technique which combines Atomic Force Microscopy (AFM) and optics for producing a tip-enhanced optical or infrared (IR) probe with spatial resolution beyond the diffraction limit of light. In the case of the IR1 beamline, the broadband synchrotron IR beam is focused on a metallic AFM tip (nano-antenna) generating a broadband source smaller than 40 nm. The interaction of the IR nano-source with the sample surface yields broadband images (scanning mode) or 40 nm pixel point spectrum.
Recent publications:
B. Pollard et al. (2016). Infrared Vibrational Nanospectroscopy by Self-Referenced Interferometry. Nano Letters, vol. 16, 55–61. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b02730
I. Barcelos et al. (2015). Graphene/h-BN Plasmon-phonon coupling and plasmon delocalization observed by infrared nano-spectroscopy. Nanoscale, vol.7, 11620–11625. doi: 10.1039/C5NR01056J
T. Moreno et al. (2013). Optical layouts for large infrared beamline opening angles. Journal of Physics: Conference Series, 425(14), 142003. doi:10.1088/1742-6596/425/14/142003
| Elemento | Tipo | Posição [m] | Descrição |
|---|---|---|---|
| SOURCE | Bending Magnet | 0.0 | Bending Magnet D03 exit A (4°), 1.67 T, 30 mrad x 80 mrad |
| M1 | Plane, 6 mm slot | 2.5 | Gold coated, aluminum substrate |
| M2 | Tangential cone-shaped | 3.1 | Gold coated, aluminum substrate |
| M3 | Tangential cylinder | 3.7 | Gold coated, aluminum substrate |
| CVD | Diamond window | 7.0 | 20 mm diameter by 500 $ \mu \rm m$ diamond window by Chemical Vapor Deposition |
| M4 | Tangential cylinder | 7.5 | Gold coated, aluminum substrate |
| M5 | Tangential cylinder | 7.9 | Gold coated, aluminum substrate |
| Parâmetro | Valor | Condição |
|---|---|---|
| Energy range [ $ \rm cm^{-1}$ ] | 3000 - 700 | Broadband radiation limited by beamsplitter transmission and detector sensitivity |
| Energy resolution [ $ \rm cm^{-1}$ ] | Up to 3.3 | Limitted by the interferometer travel |
| Beam size at sample [nm, FWHM] | < 40 nm | Near-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 | - |
| Instrumento | Tipo | Modelo | Fabricante | Especificações |
|---|---|---|---|---|
| s-SNOM | Near-field Optical Microscope | NeaSnom | - | NeaSpec |
| MCT Detector | Single element Mercury-Cadmium-Telluride (MCT) | KLD-0.1-J1208L | 750 $ \rm cm^{-1}$ to 3000 $ \rm cm^{-1}$, 100 $ \mu \rm m$ element size, DC to 1 MHz BW, $ \rm LN_{2}$ cooled | Kolmar Technologies |
| MCT Detector | Single element MCT | IRA-20-00103 | 650 $ \rm cm^{-1}$ to 3000 $ \rm cm^{-1}$, 50 $ \mu \rm m$ element size, 500 Hz to 2 MHz BW, $ \rm LN_{2}$ cooled | Infrared Associates Inc. |
| Si Detector | Single element Silicon detector | PDA36A-EC | 350 nm to 1100 nm, 3.6 mm x 3.6 mm element size, DC to 10 MHz BW , air cooled | Thorlabs |
| InGaAs Detector | Single element Indium-Gallium-Arsenide (InGaAs) detector | PDA10D-EC | PDA10D-EC | Thorlabs |
| Lock-in amplifier | 2 input channels digital lock-in amplifier | HF2LI | DC to 50 MHz, 210 MSa/s, USB 2.0 high-speed, 480 Mbit/s | Zurich Instruments |
| Visible laser | HeNe laser | HNL150L | 15 mW HeNe (633 nm) laser | Thorlabs |
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.
Usuários devem declarar a utilização das instalações do LNLS em qualquer artigo, tese ou outro material publicado que utilize dados obtidos na realização de sua proposta.
Texto de apoio para declaração/agradecimento:
Ou:
Microscopia óptica de campo próximo do tipo espalhamento (s-SNOM)
Keilmann, F. & Hillenbrand, R. Near-field microscopy by elastic light scattering from a tip. Trans. A. Math. Phys. Eng. Sci. 362, 787–805 (2004).
Huth, F., Schnell, M., Wittborn, J., Ocelic, N. & Hillenbrand, R. Infrared-spectroscopic nanoimaging with a thermal source. Mater. 10, 352–6 (2011).
Huth, F. et al. Nano-FTIR absorption spectroscopy of molecular fingerprints at 20 nm spatial resolution. Nano Lett. 12, 3973–8 (2012).
Muller, E. A., Pollard, B. & Raschke, M. B. Infrared Chemical Nano-Imaging: Accessing Structure, Coupling, and Dynamics on Molecular Length Scales. Phys. Chem. Lett. 6, 1275–1284 (2015).
Espectroscopia de Infravermelho (FTIR)
Griffiths, P. R. & de Haseth, J. a. Fourier Transform Infrared Spectrometry. Chemical Analysis: A Series of Monographs on Analytical Chemistr and Its Applications (2007). doi:10.1002/047010631X
Smith, Brian C. “Fourier transform infrared spectroscopy.” CRC, Boca Raton, FL(1996).
Microscopia de Força Atômica (AFM)
Eaton, P. & West, P. Atomic Force Microscopy. (Oxford University Press, 2010). doi:10.1093/acprof:oso/9780199570454.001.0001
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.
Martins, F. H.; Paula, F. L. O.; Gomes, R. C.; Gomes, J. A.; Aquino, R.; Porcher, F.; Perzynski, R.; Depeyrot, J.. Local Structure Investigation of Core-Shell CoFe2O4@gamma-Fe2O3 Nanoparticles, Brazilian Journal of Physics, v.51, p. 47–59, 2021. DOI:10.1007/s13538-020-00829-9
Silva, L. F. da; Catto, A. C.; Bernardini, S.; Fiorido, T.; Palma, J. V. N. de ; Avansi Jr., W.; Aguir, K.; Bendahan, M.. BTEX gas sensor based on hematite microrhombuses, Sensors and Actuators B-Chemical, v. 326, p. 128817, 2020. DOI:10.1016/j.snb.2020.128817
Pereira, M. O.; Felix, V. de S. ; Oliveira-Carvalho, A. L.; Ferreira, D. S. R.; PImenta, A. R. ; Carvalho, C. S.; Silva, F. L. e; Pérez, C. A.; Galante, D.; Freitas, R. P. de. Investigating counterfeiting of an artwork by XRF, SEM-EDS, FTIR and synchrotron radiation induced MA-XRF at LNLS-BRAZIL, Spectrochimica Acta Part A-Molecular and Biomolecular Spectroscopy, v. 246, p. 118925, 2021. DOI:10.1016/j.saa.2020.118925
Lopes, N. A. ; Mertins, O.; Pinilla, C. M. B. ; Brandelli, A.. Nisin induces lamellar to cubic liquid-crystalline transition in pectin and polygalacturonic acid liposomes, Food Hydrocolloids, v. 112, p.106320, 2021. DOI:10.1016/j.foodhyd.2020.106320
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
Moreno, H.; Cortes, J. A. ; Praxedes, F. M. ; Freitas, S. M. de; Rezende, M. V. dos S.; Simões, A. Z. ; Teixeira, V. C.; Ramírez, M. A.. Tunable photoluminescence of CaCu3Ti4O12 based ceramics modified with tungsten, Journal of Alloys and Compounds, v.850, p. 156652, 2021. DOI:10.1016/j.jallcom.2020.156652
Português:
Microscópio s-SNOM e óptica de incidência da Linha de Luz IR1.
English:
s-SNOM microscope and incidence optics of the IR1 beamline.
Português:
Estação experimental de nanoespectroscopia no Infravermelho.
English:
IR nanospectrocopy experimental station.
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.
Português:
Bancada para preparação de amostras para usuários da Linha de Luz IR1.
English:
Sample preparation bench for users of the IR1 beamline.