EMU concedido no processo 2019/14017-9: nanoscópio s-SNOM customizado e aprimorado para operação com IR-THz síncrotron

• Processo: 22/11987-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2029
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Raul de Oliveira Freitas
• Beneficiário: Raul de Oliveira Freitas
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 19/14017-9 - De ondas de éxcitons a THz-fônons: a nano-óptica de materiais 2Ds via nanoespectroscopia de infravermelho síncrotron, AP.JP
• Assunto(s): Nanofotônica Materiais bidimensionais Polaritons Aquisição de equipamentos Equipamentos multiusuários Infraestrutura de pesquisa
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Materiais 2Ds | nanofotônica | Polaritons | s-SNOM | THz síncrotron | Nanofotônica de materiais 2Ds

Resumo

Supercondutividade em isolantes topológicos atomicamente finos, ferromagnetismo em cristais de van der Waals e ângulos mágicos regulando supercondutividade "high TC" em bicamadas de grafeno são descobertas extraordinárias que, surpreendentemente, aconteceram apenas nos últimos 2 anos. Este tipo de avanço tem sido rotineiro na última década em consequência do impacto da descoberta do grafeno e respectivamente de outros materiais bidimensionais (2Ds). No contexto de novos materiais 2Ds e da nova física revelada por estas plataformas quânticas, uma variedade de fenômenos acontece na faixa de energias de poucos meV (frequências de alguns terahertz), são confinados espacialmente em volumes nanométricos e possuem dinâmica temporal de femto a picossegundos. Neste espaço de parâmetros, não há experimentos disponíveis capazes de acessar esses novos fenômenos em suas plenitudes. Este projeto de pesquisa visa o desenvolvimento de uma instrumentação pioneira que combinará radiação síncrotron de banda larga na faixa de infravermelho (IR) e THz (linha IMBUIA do Sirius) com lasers ultrarrápidos de banda estreita nas faixas do visível ao far-IR no experimento de microscopia de varredura óptica de campo próximo do tipo espalhamento (s-SNOM), uma modalidade de ultramicroscopia além do limite clássico de difração. O projeto ainda prevê o acesso a fenômenos ultrarrápidos nesses 2Ds em experimentos "pump and probe" combinando o pulso de poucos picossegundos de largura do Sirius com pulsos ultracurtos de lasers de banda estreita sintonizáveis do visível ao THz. Dada a baixa energia destes fenômenos, o desenvolvimento experimental também prevê a implementação de um estágio criogênico até 20 K. O desenvolvimento experimental tem como lema científico o estudo de propriedades dielétricas locais de materiais 2Ds, com especial atenção a questões abertas envolvendo propriedades nanofotônicas de sistemas baseados em grafeno/Nitreto de Boro hexagonal e ondas de fônons poláritons em Dicalcogenetos de Metais de Transição. O projeto será um marco para o estabelecimento de um novo grupo de pesquisa no tema de nano-óptica de materiais 2Ds utilizando s-SNOM síncrotron e colocará o Brasil na vanguarda desta modalidade instrumental, dado que não há registros de experimentos s-SNOM operando em modo de espectroscopia na faixa de THz com resolução espacial de poucos nanômetros. A execução da proposta envolverá a formação de 3 alunos e contará com a atuação de 2 pesquisadores associados, 1 post-doc e 2 engenheiros físicos do CNPEM. O projeto também prevê uma melhora expressiva na sensibilidade da técnica s-SNOM a qual viabilizará sua aplicação em várias outras disciplinas, servindo prontamente à comunidade multiusuário do LNLS. Durante o período de transição para o novo acelerador Sirius (2019 a 2021), as fontes lasers solicitadas nesta proposta permitirão o atendimento parcial das demandas deste programa de usuários do LNLS. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SANTOS, THIAGO M.; LORDANO, SERGIO; MAYER, RAFAEL A.; VOLPE, LUCAS; RODRIGUES, GUSTAVO M.; MEYER, BERND; WESTFAHL, HARRY, JR.; FREITAS, RAUL O.. Synchrotron infrared nanospectroscopy in fourth-generation storage rings. JOURNAL OF SYNCHROTRON RADIATION, v. 31, p. 10-pg., 2024-05-01. (19/14017-9, 21/10487-0, 20/15740-3, 22/11987-0)

FERES, FLAVIO H.; BARCELOS, INGRID D.; CADORE, ALISSON R.; WEHMEIER, LUKAS; NOERENBERG, TOBIAS; MAYER, RAFAEL A.; FREITAS, RAUL O.; ENG, LUKAS M.; KEHR, SUSANNE C.; MAIA, FRANCISCO C. B.. Graphene Nano-Optics in the Terahertz Gap. Nano Letters, v. 23, n. 9, p. 8-pg., 2023-05-01. (22/11987-0, 22/02901-4, 19/14017-9, 21/10487-0)