quinta, 28 de março de 2024
Tecnologia

Ex-aluno da USP de São Carlos é um dos pesquisadores responsáveis por nova estação experimental no Sirius

Raul de Oliveira Freitas coordena o local onde está a nova linha de luz de infravermelho denominada “IMBUIA”

14 Jul 2022 - 09h45Por Redação
Ex-aluno da USP de São Carlos é um dos pesquisadores responsáveis por nova estação experimental no Sirius - Crédito: Divulgação Crédito: Divulgação

O Sirius, acelerador de partículas do tipo síncrotron localizado no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas), inaugurou recentemente sua linha de luz de infravermelho denominada “IMBUIA”, com capacidade para realizar pesquisas de caráter multidisciplinar. A nova linha de luz está sendo aberta para a comunidade acadêmica e científica em geral, tendo como principal missão a realização de experimentos usando luz síncrotron na região do infravermelho. A estação experimental é coordenada pelo pesquisador Raul de Oliveira Freitas, que também atuou como responsável pela linha de infravermelho IR1 do síncrotron UVX, primeiro acelerador de partículas do Brasil, operado pelo Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) que faz parte do CNPEM. O UVX foi desativado em meados de 2019 e agora o LNLS concentra seus esforços na conclusão do projeto Sirius.

A linha “IMBUIA” é constituída por duas subestações experimentais autônomas e distintas entre si -” IMBUIA Micro” e “IMBUIA Nano”, onde o ex-aluno do IFSC/USP, Francisco Carlos Barbosa Maia* (40), é pesquisador sênior, exercendo atividades institucionais de apoio a usuários e conduzindo sua pesquisa em materiais bidimensionais.

Estação experimental “IMBUIA Micro”

Enquanto, na estação experimental “IMBUIA Micro” são utilizadas técnicas de infravermelho para o estudo de fenômenos que ocorrem em escala micrométrica, na estação experimental “IMBUIA Nano” o foco é alcançar medidas em escala nanométrica. Dotada de um espectrômetro e um microscópio de infravermelho, a IMBUIA Micro consegue fazer espectroscopia de infravermelho convencional, para estudar, por exemplo, as vibrações moleculares que podem levar à identificação química de sistemas compostos por diferentes moléculas, sendo também, com uma particularidade muito especial, capaz de fazer microscopia de infravermelho. “Na verdade, consegue-se associar, com esse microscópio, uma foto de uma amostra ao espectro de uma região específica de uma amostra. Outro diferencial é que esse microscópio consegue fazer também imagens de infravermelho, conhecidas como imagens químicas ou imagens hiperespectrais. Nós usamos uma CCD de infravermelho com 128 pixels por 128 pixels. Em cada pixel conseguimos capturar um espectro de infravermelho e após a leitura da amostra conseguimos localizar a ressonância vibracional que se pretende apurar e construir uma imagem exatamente dessa ressonância. Com isso, conseguimos distinguir diferentes domínios micrométricos de composição química específica dentro de uma área total investigada de 700 por 700 micrômetros quadrados da amostra. Podem ser analisadas amostras no estado sólido, como filmes finos, bem como na forma de pó, e líquidas. A aplicação dessas técnicas de infravermelho abrange casos científicos das mais diversas áreas, como, biologia, farmácia, agricultura, física, química etc.”, relata Francisco Maia.

Estação experimental “IMBUIA Nano”

É na estação experimental “IMBUIA Nano” que o pesquisador Francisco Maia desenvolve sua área de estudos em materiais bidimensionais por meio de técnicas de infravermelho que alcançam a nano-escala. Para isso, a “IMBUIA Nano” usa um microscópio óptico de varredura de campo próximo (scattering-type scanning near-field optical microscope, S-SNOM). Com o s-SNOM é possível realizar espectroscopia e microscopia de infravermelho com resolução espacial de 25 nanômetros, empregando lasers e o feixe do Sirius como fontes de luz infravermelha. Vale destacar que, por ter alto brilho e banda ultra larga, a luz infravermelha do síncrotron acoplada ao s-SNOM dá origem à técnica Synchrotron Infrared Nano Spectroscopy (SINS). Essas técnicas delicadas e complexas são utilizadas para o trabalho de Francisco Maia cujo foco de pesquisa é estudar a nano-óptica de materiais bidimensionais. “O que fazemos nessa estação experimental é iluminar, com radiação (luz) infravermelha, uma ponta metalizada de AFM, com ápice (ou cume) de poucos nanômetros, que está localizada no microscópio s-SNOM. A luz fica confinada exatamente no ápice da ponta, transformando-a assim em uma nano-sonda de infravermelho que é utilizada para se estudarem materiais de escala nanométrica compatível com o tamanho do ápice da nano-sonda. Note que a resolução espacial passa a ser dada pela ponta do equipamento e não mais pelo limite da difração”, esclarece o pesquisador. Neste sentido, como é uma nano-sonda com uma alta intensidade de campo eletromagnético, Francisco Maia consegue usar essa capacidade para estudar a nano-fotônica de materiais bidimensionais, como, por exemplo, grafeno e nano-cristais, entre outros.

Embora seja uma pesquisa básica, os experimentos realizados por Francisco Maia vão no sentido de conhecer as propriedades ópticas dos materiais na nano-escala, bem como novos fenômenos que permitam, em um futuro próximo, construir dispositivos óptico-eletrônicos com dimensões bastante reduzidas, como nano-transistores, nano-lasers e nano-diodos com emissão de luz, entre outros, bem como a propagação da luz nesses materiais bidimensionais, antevendo já as novas tecnologias que revolucionarão, por exemplo, a área de comunicações.

Um pormenor interessante é que, além de usarem a radiação síncrotron, ambas as estações experimentais da “IMBUIA” têm fontes próprias de infravermelho, fazendo com que operem offline, ou seja, enquanto uma estação usa a luz síncrotron, a outra pode trabalhar independentemente.

*Francisco Carlos Barbosa Maia é Bacharel em Física pela UNESP de Rio Claro (2003), fez mestrado (2006) e doutorado (2011) no IFSC/USP, no Grupo de Polímeros “Bernhard Gross”. Trabalhou um curto período na iniciativa privada, no desenvolvimento e comercialização de lasers e fez seu Pós-Doutorado no sincrotron UVX, no Grupo de Condições Extremas (2015). Entre 2015 e 2019, trabalhou na linha de infravermelho do UVX. Desde 2020, Francisco é cientista da linha “IMBUIA” do Sirius. (Rui Sintra - Jornalista - IFSC/USP)

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