English

VISÃO GERAL

VOLTAR

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


Telefone da Linha de Luz: +55 19 3517 5157

Coordenação: Raul de Oliveira Freitas
Telefone: +55 19 3517 5060
E-mail: raul.freitas@lnls.br

 

Clique aqui  para mais informações sobre a equipe da Linha de Luz.

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 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

ParâmetroValorCondição
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.

COMO CITAR ESTA LINHA DE LUZ

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

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

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. 

 

MAIS PUBLICAÇÕES


 IR1   XRD2 

 López, E. O.; Rossi, An.L.; Bernardo, P. L.; Freitas, R. O.; Mello, A.; Rossi, A. M.. Multiscale connections between morphology and chemistry in crystalline, zinc-substituted hydroxyapatite nanofilms designed for biomedical applications, Ceramics International, v. 45, n. 1, p. 793-804, 2019. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.09.246


 IR1 

 Maia, F. C. B.; O’Callahan, B. T. ; Cadore, A. R.; Barcelos, I. D.; Campos, L. C.; Watanabe, K. ; Taniguchi, T.; Deneke, C.; Belyanin, A. ; Raschke, M.; Freitas, R. O.. Anisotropic Flow Control and Gate Modulation of Hybrid Phonon-Polaritons, Nano Letters, v. 19, n. 2, p. 708-719, 2019. DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b03732


 IR1 

 Freitas, R. O.; Deneke, C.; Maia, F. C. B.; Medeiros, H. G.; Moreno, T.; Dumas, P.; Petroff, Y. P.; Westfahl Jr., H.. Low-aberration beamline optics for synchrotron infrared nanospectroscopy, Optics Express, v. 26, n. 9, p.11238-11249, 2018. DOI: 10.1364/OE.26.011238


 IR1 

 Colucci, R.; Quadros, M. H.; Feres, F. H. ; Maia, F. C. B.; Vicente, F. S.; Faria, G. C.; Santos, L. F.; Gozzi, G.. Cross-linked PEDOT: PSS as an alternative for low-cost solution-processed electronic devices, Synthetic Metals, v. 241, p. 47-53, 2018. DOI: 10.1016/j.synthmet.2018.04.002


 IR1 

 Barcelos, I. D.; Cadore, A. R.; Alencar, A. B.; Maia, F. C. B.; Mania, E. ; Oliveira, R. F.; Bof Bufon, C. C.; Malachias, A.; Freitas, R. O.; Moreira, R. L.; Chacham, H.. Infrared Fingerprints of Natural 2D Talc and Plasmon-Phonon Coupling in Graphene-Talc Heterostructures, ACS Photonics, v. 5, n. 5, p. 1912-1918, 2018. DOI: 10.1021/acsphotonics.7b01017


 IR1 

 Pereira, L.; Flores-Borges, D. N. A.; Bittencourt, P. R. L. ; Mayer, J. L. S.; Kiyota, E.; Araújo, P.; Jansen, S. ; Freitas, R. O.; Mazzafera, P.. Infrared Nanospectroscopy Reveals the Chemical Nature of Pit Membranes in Water-Conducting Cells of the Plant Xylem, Plant Physiology, v. 177, n. 4, p. 1629-1638, 2018. DOI: 10.1104/pp.18.00138


MAIS PUBLICAÇÕES

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.