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VISÃO GERAL

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Visão geral da linha de luz TGM.

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.

CONTATO & EQUIPE


Coordenação: Douglas Galante
Telefone: +55 19 3517 5081
E-mail: douglas.galante@lnls.br

TÉCNICAS EXPERIMENTAIS

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.

FOTOLUMINESCÊNCIA (PL)

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:

  1. Segreto, A.A. Machado, W. Araujo, V. Teixeira, “Delayed light emission of Tetraphenyl-butadiene excited by liquid argon scintillation light. Current status and future plans” Journal of Instrumentation, v. 11, n. 02, p. C02010, 2016. doi:10.1088/1748-0221/11/02/C02010
  2. C. Teixeira, L.C.V. Rodrigues, D. Galante, M.V.S. Rezende, “Effect of lithium excess on the LiAl5O8:Eu luminescent properties under VUV excitation” Optical Materials Express, v. 6, n. 9, p. 2871-2878, 2016. doi: 10.1364/OME.6.002871
  3. C.S. Pedroso, J.M. Carvalho, L.C.V. Rodrigues, J. Höslä, H.F. Brito, “Rapid and Energy Saving Microwave-Assisted Solid-State Synthesis of Pr3+, Eu3+ or Tb3+ Doped Lu2O3 Persistent Luminescence Materials” ACS Applied Materials & Interfaces, 2016. doi: 10.1021/acsami.6b04683
  4. S. Bezerra, M.E.G. Valerio, “Structural and optical study of CaF2 nanoparticles produced by a microwave-assisted hydrothermal method”. Physica B: Condensed Matter, v. 501, p. 106-112, 2016. doi: 10.1016/j.physb.2016.08.025

IRRADIAÇÃO DE AMOSTRAS E ESPECTROMETRIA DE MASSAS

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:

  1. M. Betancourt, L.H. Coutinho, R. B. Bernini, C.E.V. Moura, A B. Rocha, G. G. B. Souza. “VUV and soft x-ray ionization of a plant volatile: Vanillin (C8H8O3). The Journal of chemical physics, v. 144, n. 11, p. 114305, 2016. doi:10.1063/1.4944084.
  2. C. Abrevaya, I.G. Paulino-Lima, D. Galante, F. Rodrigues, P.J.D. Mauas, E. Cortón, C.A.S. Lage. “Comparative survival analysis of Deinococcus radiodurans and the Haloarchaea Natrialba magadii and Haloferax volcanii exposed to vacuum ultraviolet irradiation. Astrobiology, v. 11, n. 10, p. 1034-1040, 2011. doi:10.1089/ast.2011.0607.
  3. S. Arruda, A. Medina, J.N. Sousa, L.A.V. Mendes, R.R.T. Marinho, F.V. Prudente, “Communication: Protonation process of formic acid from the ionization and fragmentation of dimers induced by synchrotron radiation in the valence region”. The Journal of chemical physics, v. 144, n. 14, p. 141101, 2016. doi: 10.1063/1.4945807

LAYOUT & ELEMENTOS ÓTICOS


 

 

ElementoTipoPosição [m]Descrição
SOURCEBending Magnet-Bending Magnet D05 exit A (4°), 1.67T,
M1Toroidal focusing mirror-R = 93.23m
MonochromatorToroidal 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)
M2Toroidal focusing mirrorR = 139.16m
M3Toroidal focusing mirrorR = 74.00m
Harmonics filtersGas and solidsDifferentially pumped ​gas filter (up to 24.59 eV) Solid state filters: Glass, quartz and $ \rm MgF_{2}$ windows

PARÂMETROS

ParâmetroValorCondição
Energy range [eV]3 - 330-
Energy resolution [$ \Delta$E/E]500 -700effective
Beam size at sample [$ \rm mm^{2}$, FWHM]1.02mm X 0.5mm
Flux density at sample [ph/s/$ \rm mm^{2}$]$ 10^{9}$at 10 eV
Flux density at sample [ph/s/$ \rm mm^{2}$]$ 5 \times 10^{11}$whitebeam
Polarization control-Entrance polarization slits (upper and lower)
to use natural polarization.

INSTRUMENTAÇÃO

InstrumentoTipoModeloEspecificaçõesFabricante
DetectorPhotomultipliersR928 R316 R594-Hamamatsu
Detector PhotodiodesAXUV/SXUV100-International Radiation Detectors (IRD) 
DetectorSilicon Photomultiplier (Si-PM)S13360-3025CS-Hamamatsu
DetectorEmission spectrographQE65000-Ocean optics
DetectorTotal electron Yield (TEY)6514 and 6485-Keithley
DetectorVUV ionization chamber---
EspectrômetroMicro-Raman para medidas fora da linhainViaLasers 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

CONTROLE E AQUISIÇÃO DE DADOS

The beamline is controlled by EPICS, under Linux based systems, with most of the scripts in Python and a user-friendly graphic interface.

DOCUMENTAÇÃO

Clique aqui para baixar o Manual da Linha de Luz TGM (em português).

COMO CITAR ESTA INSTALAÇÃO

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:

This research used resources of the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS), an open national facility operated by the Brazilian Centre for Research in Energy and Materials (CNPEM) for the Brazilian Ministry for Science, Technology, Innovations and Communications (MCTIC). The _ _ _ beamline staff is acknowledged for the assistance during the experiments.

Ou:

Esta pesquisa utilizou recursos do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), uma instalação nacional aberta do Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC) operada pelo Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Agradecemos a equipe da Linha de Luz _ _ _ pela assistência durante os experimentos.

OUTRAS REFERÊNCIAS

  • L. Cavasso-Filho, M.G.P. Homem, R. Landers and A. N. Brito, “Advances on the Brazilian toroidal grating monochromator (TGM) beamline,” J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 144-147, 1125-1127 (2005). doi: 10.1016/j.elspec.2005.01.253
  • L. Cavasso-Filho, A.F. Lago, M.G.P. Homem, S. Pilling and A. N. Brito, “Delivering high-purity vacuum ultraviolet photons at the Brazilian toroidal grating monochromator (TGM) beamline” J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 156-158, 168-171 (2007). doi: 10.1016/j.elspec.2006.11.026

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. 

 


 SGM   TGM 

 Nascimento, G. M. do; Pim, W. D. do; Endo, M.; Choi, G. B. ; Kim, Y. A.; Pradie, N. A.; Stumpf, H. O.. Single-wall carbon nanotube modified with copper-oxamate flat complex probed by synchrotron x-ray photoelectron and x-ray absorption spectroscopies, Journal of Molecular Structure, v. 1176, p. 711-717, 2019. DOI: 10.1016/j.molstruc.2018.09.026


 TGM   XAFS1   XAFS2   XRD1 

 Machado, I. P. ; Teixeira, V. C.; Pedroso, C. C. S.; Brito, H. F.; Rodrigues, L. C. V.. X-ray scintillator Gd2O2S:Tb3+ materials obtained by a rapid and cost-effective microwave-assisted solid-state synthesis, Journal of Alloys and Compounds, v. 777, p. 638-645, 2019. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.10.348


 TGM 

 Nascimento-Dias, B. L. ; Galante, D.; Oliveira, D. ; Anjos, M. J. dos. Probing the chemical and mineralogical characteristics of the Martian meteorite NWA 7397 through mu Raman and mu XRF non-destructively, International Journal of Astrobiology, v. 18, n. 1, p. 73-78, 2019. DOI: 10.1017/S1473550418000022


 TGM 

 Junot, D. O.; Santos, A. G. M. ; Antonio, P. de L. ; Rezende, M. V. dos S.; Souza, D. N. ; Caldas, L. V. E.. Dosimetric and optical properties of CaSO4:Tm and CaSO4:Tm,Ag crystals produced by a slow evaporation route, Journal of Luminescence, v. 210, p. 58-65, 2019. DOI: 10.1016/j.jlumin.2019.02.005


 TGM 

 Carvalho, I. da S. ; Barbosa, A. I. dos S. ; Silva, A. J. S. da ; Nascimento, P. A. M.; Andrade, A. B.; Sampaio, D. V.; Junot, D. O.; Cunha, T. R. da; Jesus, L. M. de; Silva, R. S. da; Rezende, M. V. dos S.. Structural and photoluminescence properties of Eu3+-doped (Y2.99-xGdx)Al5O12 phosphors under vacuum ultraviolet and ultraviolet excitation, Materials Chemistry and Physics, v. 228, p. 9-14, 2019. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.02.035


 TGM 

 Andrade, A. B.; Bispo, G. F. C.; Macedo, Z. S.; Baldochi, S.L.; Yukihara, E. G. ; Valerio, M. E. G.. VUV excited luminescence and thermoluminescence investigation on Er3+- or Pr3+-doped BaY2F8 single crystals, Optical Materials, v. 90, p. 238-243, 2019. DOI: 10.1016/j.optmat.2019.02.044


MAIS PUBLICAÇÕES

FOTOS


TGM: Câmara Padrão / Standard Chamber



Português:
Câmara Padrão.

English:
Standard Chamber

TGM: Visão Geral / Overview



Português:
Visão geral da linha de luz TGM.

English:
Overview of the TGM beamline.

TGM: Visão Lateral / Lateral View



Português:
Vista lateral da Linha de Luz TGM.

English:
Lateral view of the TGM beamline.

TGM: Monocromador / Monochromator



Português:
Monocromador.

English:
Monochromator.

TGM: Estações de Trabalho / Workstations



Português:
Estações de trabalho para Usuários.

English:
Workstation for Users.

TGM: Medidas Ópticas / Optical Measurements



Português:
Aparato para medidas ópticas.

English:
Optical measurement apparatus.

TGM: Grade de Difração / Diffraction Gratings



Português:
Grade de Difração no Monocromador.

English:
Diffraction gratings in the Monocromator.

TGM: micro-Raman



Português:
Espectrômetro micro-Raman Renishaw in-Via para medidas fora da linha.

English:
Renishaw inVia micro-Raman spectrometer for off-line measurements.

TGM: mapeamento Raman 2D / 2D Raman mapping



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.

TGM: mapeamento 3D / 3D mapping



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.

TGM: Espectro de excitação / Excitation spectrum



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.

TGM: Espectros de emissão / Emission spectra



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.

TGM: Curvas de decaimento persistente / Persistent decay curves



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.