Uma nova ferramenta importante para a pesquisa de raios X entrou em serviço no BESSY II. Desenvolvido através de uma colaboração entre HZB, MPI-CEC (Mühlheim-an-der-Ruhr, Alemanha) e NIST (Boulder CO, EUA), o instrumento é o primeiro e único espectrômetro TES operado em uma instalação síncrotron na Europa.
O novo sistema fornece uma melhoria dramática na eficiência de detecção de fótons, superando os espectrômetros convencionais de emissão de raios X dispersivos em comprimento de onda por um fator de 100 a 1000. Os pesquisadores planejam usá-lo para estudar as propriedades eletrônicas de materiais atomicamente finos, nanoestruturas e amostras altamente ligadas. A equipe está agora convidando propostas de pesquisa da comunidade científica.
Trazendo maior sensibilidade à espectroscopia de raios X
Instalações como o BESSY II produzem raios X síncrotron extremamente brilhantes e intensos que permitem aos cientistas analisar uma ampla gama de materiais. No entanto, técnicas como a espectroscopia de emissão de raios X (XES) e o espalhamento inelástico ressonante de raios X (RIXS) enfrentam um desafio significativo. Como esses métodos dependem da detecção de fótons emitidos pela amostra, eles exigem um grande número de fótons para produzir medições úteis.
Consequentemente, os experimentos XES e RIXS têm sido tradicionalmente limitados a amostras concentradas e materiais a granel.
“O detector de fótons de matriz de sensor de transição supercondutor (TES) que agora introduzimos no BESSY II é cerca de 100 a 1000 vezes mais eficiente na detecção de fótons do que os espectrômetros convencionais XES e RIXS”, disse Regis Dekker, HZB, cientista responsável pelo novo instrumento.
Explorando materiais quânticos e sistemas ultrafinos
O aumento da sensibilidade abre a porta para testes que antes eram difíceis ou impossíveis de realizar.
“Isso pode fornecer novos insights sobre a química molecular ou a biologia molecular, mas também sobre as propriedades quânticas de sistemas em níveis reduzidos, como monocamadas atômicas, nanoestruturas e impurezas.
O instrumento também pode reduzir drasticamente o tempo de coleta de dados. Alguns experimentos XES e RIXS que normalmente levariam horas agora podem ser concluídos em apenas alguns minutos.
248 Sensores supercondutores operando perto do zero absoluto
No coração do espectrômetro de matriz TES estão 248 sensores que se tornam supercondutores quando resfriados a 25 mili-Kelvin. Para atingir essa temperatura, os pesquisadores utilizam um refrigerador de diluição He4-He3 semelhante aos empregados em sistemas de computação quântica.
Quando os raios X interagem com uma amostra, a amostra emite fótons. Esses fótons atingem sensores individuais dentro do conjunto TES, causando um aumento repentino na temperatura. Este breve aquecimento perturba o estado supercondutor e aumenta a resistência elétrica do sensor. A mudança é então medida usando circuitos baseados em uma série de dispositivos supercondutores de interferência quântica (SQUIDs).
Melhor manuseio de amostras e atualizações futuras
O espectrômetro é conectado a uma câmara de amostra de ultra-alto vácuo personalizada que suporta transferência, preparação e medição de amostras. A câmara fornece controle preciso de temperatura de 10 K até a temperatura ambiente.
Todo o sistema é instalado na linha de luz BESSY II UE52-SGM, que oferece controle total de polarização. As atualizações planejadas incluem recursos aprimorados de preparação de amostras e a capacidade de estudar componentes do campo magnético para dicroísmo circular magnético de raios X em absorção (XMCD) e emissão (RIXS-MCD).
O único espectrômetro síncrotron TES da Europa
Os espectrômetros TES foram originalmente desenvolvidos para aplicações astrofísicas, onde a detecção de sinais de fótons extremamente fracos é essencial. Antes da instalação no BESSY II, apenas cinco espectrômetros TES operavam em instalações de raios X em todo o mundo, incluindo quatro nos Estados Unidos e um no Japão.
BESSY II agora hospeda o único espectrômetro síncrotron TES na Europa.
“Estamos ansiosos para receber propostas de pesquisa interessantes da nossa comunidade de usuários”, disse Decker
