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Linha de Luz IR1

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 & EQUIPE

Para mais informações sobre a linha de luz, entre em contato.

TÉCNICAS EXPERIMENTAIS

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)

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

LAYOUT & ELEMENTOS ÓPTICOS

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 µm diamond window by Chemical Vapor Deposition
M4 Tangential cylinder 7.5 Gold coated, aluminum substrate
M5 Tangential cylinder 7.9 Gold coated, aluminum substrate

PARÂMETROS

Parâmetro Valor Condição
Energy range [cm-1] 3000 – 700 Broadband radiation limited by beamsplitter transmission and detector sensitivity
Energy resolution [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 x 1013 at 1000 cm-1 (10 µm)
AFM scanning stage (maximum travel) [µm] ± 45
AFM scanning stage minimum step [nm] 5

INSTRUMENTAÇÃO

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 cm-1 to 3000 cm-1, 100 µm element size, DC to 1 MHz BW, LN2 cooled Kolmar Technologies
MCT Detector Single element MCT IRA-20-00103 650 cm-1 to 3000 cm-1, 50 µm element size, 500 Hz to 2 MHz BW, LN2 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

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.

COMO CITAR ESTA INSTALAÇÃO

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.

OUTRAS REFERÊNCIAS

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

GALERIA DE 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.

PUBLICAÇÕES

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.

Atenção Usuários: Dada a importância dos resultados científicos anteriores para a processo geral de avaliação das propostas, recomenda-se que os Usuários verifiquem e atualizem suas publicações tanto no portal SAU Online quanto na base de dados da Biblioteca do CNPEM. As atualizações da base de dados da biblioteca devem ser feitas enviando a informação bibliográfica completa para a Biblioteca (biblioteca@cnpem.br). As publicações são incluídas após checagem pela equipe da biblioteca e pela coordenação das linhas de luz. 


Medeiros, G. A. ; Corrêa, J.R.; Andrade, L. P.; Lopes, T. O. ; Oliveira, H. C. B. de; Diniz, A. B. ; Menezes, G. B. de; Rodrigues, M. O.; Neto, B.A.D.. A benzothiadiazole-quinoline hybrid sensor for specific bioimaging and surgery procedures in mice, Sensors and Actuators B-Chemical, v.328, p. 128998, 2021. DOI:10.1016/j.snb.2020.128998


García- Basabe, Y.; Gordo, V. O. ; Daminelli, L. M.; Mendoza, C. D.; Vicentin, F. C.; Matusalem, F.; Rocha, A. R.; Matos, C. J. S. de; Larrude, D. G.. Interfacial electronic coupling and band alignment of P3HT and exfoliated black phosphorous van der Waals heterojunctions, Applied Surface Science, v. 541, p.148455, 2021. DOI:10.1016/j.apsusc.2020.148455


Ramoni, M. ; Bassi, M. de J. ; Wouk, L. ; Pacheco, K. R. M. ; Fernández, A. B. ; Renzi, W.; Duarte, J. L. ; Rocco, M. L. M.; Roman, L. S.. Morphology, Photoexcitation Dynamics and Stability of Water-Dispersed Nanoparticle Films based on Semiconducting Copolymer, Thin Solid Films, v.721, p. 138536, 2021. DOI:10.1016/j.tsf.2021.138536


Sammaritano, M. L. A. ; Cometto, P. M. ; Bustos, D. A. ; Wannaz, E. D.. Monitoring of particulate matter (PM2.5 and PM10) in San Juan city, Argentina, using active samplers and the species Tillandsia capillaris, Environmental Science and Pollution Research, v.28, p.32962–32972, 2021. DOI:10.1007/s11356-021-13174-4


Rodrigues, L. do N. ; Scolfaro, D.; Conceição, L. da; Malachias, A.; Couto Jr., O. D. D.; Iikawa, F.; Deneke, C.. Rolled-Up Quantum Wells Composed of Nanolayered InGaAs/GaAs Heterostructures as Optical Materials for Quantum Information Technology, ACS Applied Nano Materials, v.4, n.3, p.3140-3147, 2021. DOI:10.1021/acsanm.1c00354


Soares, B. M.; Sodré, P. T.; Aguilar, A. M. ; Gerbelli, B. B. ; Pelin, J. N. B. D.; Arguello, K. B. ; Silva, E. R. da; Farias, M. A. de; Portugal, R. V.; Schmuck, C. ; Coutinho Neto, M. D.; Alves, W. A.. Structure optimization of lipopeptide assemblies for aldol reactions in an aqueous medium, Physical Chemistry Chemical Physics, v.23, n.18, p. 10953-10963, 2021. DOI:10.1039/d1cp01060c