Spektroskopi ultracepat
Spektroskopi absorpsi transien
Percobaan absorpsi transien mengukur secara kuantitatif absorpsi yang berubah terhadap waktu pada sampel tereksitasi cahaya.
Pengantar produk
Apa itu spektroskopi absorpsi transien?
Spektroskopi absorpsi transien adalah teknik pompa–probe yang digunakan untuk mengukur perubahan absorpsi terhadap waktu pada sampel yang tereksitasi secara optik. Dengan menelusuri perubahan tersebut, teknik ini memberikan informasi kuantitatif tentang proses seperti transfer elektron dan proton, solvasi, relaksasi getaran, transfer energi eksiton, dan dinamika fotoreaksi dalam sistem molekul, semikonduktor, dan bahan maju. Sistem spektroskopi HARPIA menggabungkan sumber laser ultracepat, eksitasi yang dapat disetel panjang gelombangnya, spektrometer absorpsi transien, dan akuisisi data terintegrasi dalam platform yang ringkas.
Cara kerjanya
Spektroskopi absorpsi transien mengukur bagaimana absorpsi optik suatu sampel berubah setelah fotoeksitasi. Metode berbasis fluoresensi hanya dapat melihat keadaan tereksitasi yang emisif. Pengukuran perubahan absorpsi juga menyingkap transien perantara dan keadaan non-emisif, baik pada keadaan dasar maupun pada keadaan tereksitasi. Pulsa pompa pita sempit memulai proses fotofisika atau fotokimia. Probe pita lebar yang ditunda secara temporal kemudian merekam perubahan transmitans terhadap panjang gelombang probe dan tunda, sehingga menghasilkan peta dua dimensi dari dinamika tersebut. Resolusi temporal ditentukan terutama oleh durasi pulsa dan sinkronisasi kedua berkas; laser ultracepat modern mencapai puluhan femtosekon.
Mode pengukuran lanjutan
Pada HARPIA-TA, absorpsi transien dapat diperluas dengan mode tambahan. Refleksi transien memantau perubahan reflektans yang diinduksi pompa, bukan transmisi, yang berguna untuk bahan buram, film tipis, dan struktur semikonduktor. Pengukuran terurai intensitas pompa memvariasikan intensitas eksitasi untuk menyingkap anihilasi dan saturasi. Pengukuran terurai polarisasi memakai keadaan pompa dan probe linear atau sirkular untuk meneliti orientasi molekul, agregasi, jalur transfer energi, dan respons yang bergantung kiralitas.
Susunan tipikal
Susunan tipikal memiliki tiga unsur: laser ultracepat, sumber yang dapat disetel panjang gelombangnya, dan spektrometer absorpsi transien. Laser memasok pulsa femtosekon. Eksitasi yang dapat disetel biasanya dibangkitkan dalam penguat parametrik optik, sehingga suatu transisi elektronik atau getaran yang dipilih dapat dialamatkan. Spektrometer menyinkronkan pompa dan probe, menetapkan tunda, dan merekam perubahan absorpsi. Sistem HARPIA menjaga jalur optik tetap pendek dan stabil, serta beralih mode pengukuran dalam perangkat lunak yang sama. Sistem ini dipasangkan dengan laser CARBIDE atau PHAROS dan sumber yang dapat disetel ORPHEUS atau I-OPA. HARPIA-LIGHT mengintegrasikan laser femtosekon dan spektrometer dalam produk Class 1 satu kotak bagi laboratorium yang membutuhkan sistem meja yang ringkas.
HARPIA-TA
HARPIA-TA menyediakan absorpsi transien pada platform HARPIA. Laju pengulangan tinggi laser CARBIDE dan PHAROS memungkinkan pengukuran berjalan pada energi pulsa hingga beberapa nanojoule, yang mengurangi efek nonlinear yang tidak diinginkan dan degradasi sampel. Probe pita lebar mencakup UV hingga IR dekat; OPA kedua dan detektor panjang gelombang tunggal memperluas jangkauan ke IR tengah hingga 13 µm. Garis tunda optik mencapai 8 ns. Polarisasi dan intensitas pompa, posisi sampel, dan perpindahan superkontinuum terotomasi, dan instrumen dapat berpindah antara absorpsi transien dan refleksi transien. Dinamika spektral β-carotene dalam larutan. Kondisi pengukuran: 100 kHz, pompa 490 nm, energi pulsa pompa < 10 nJ, 13 s per spektrum (per titik tunda).
Pompa–probe inframerah pada GaAs
Dinamika pompa–probe wafer GaAs di IR, direkam dengan detektor saluran tunggal sinyal dan referensi pada HARPIA-TA. Kondisi pengukuran: 75 kHz, pompa 700 nm, 1 s per titik.
HARPIA-TB berkas ketiga
Modul HARPIA-TB menambahkan pulsa yang ditunda secara temporal pada urutan pompa–probe untuk absorpsi transien multi-pulsa: mengganggu fotodinamika yang sedang berlangsung, mencapai keadaan tereksitasi yang lebih tinggi, atau mengarahkan jalur fotokimia. Modul ini juga memungkinkan hamburan Raman terstimulasi femtosekon apabila pulsa pikosekon yang dipersempit frekuensinya disalurkan. Polarisasi diatur dengan kompensator Berek, intensitas dengan filter kerapatan netral variabel, dan garis tunda mencapai 4 ns. Dinamika FSRS neoxanthin pada HARPIA-TA dengan HARPIA-TB. Kondisi pengukuran: 25 kHz, pompa aktinik 440 nm pada 200 nJ, pompa Raman 530 nm pada 300 nJ.
Pompa–dump–probe
Dinamika pompa–dump–probe pewarna laser DCM, dengan pulsa dump resonan terhadap pita emisi. Kondisi pengukuran: 50 kHz, pompa 515 nm, dump 700 nm, tunda dump 21 ps, pompa 90 nJ, dump 190 nJ.
HARPIA-TF fluoresensi
Modul HARPIA-TF menambahkan gerbang Kerr, upkonversi fluoresensi, dan pencacahan foton tunggal terkorelasi waktu. Gerbang Kerr merekam spektrum fluoresensi lengkap pada setiap tunda dengan resolusi femtosekon. Upkonversi mencampur emisi dengan pulsa gerbang dalam kristal nonlinear. TCSPC membangun histogram peluruhan dari waktu kedatangan foton tunggal, biasanya dengan resolusi puluhan hingga ratusan pikosekon, dan juga dapat mengikuti fosforesensi. Pengukuran gerbang Kerr pada DCM menunjukkan evolusi fluoresensi dengan resolusi sub-pikosekon.
Gerbang Kerr pada β-carotene
Pengukuran gerbang Kerr pada β-carotene menunjukkan resolusi metode ini. Fluoresensi S₂→S₀ karotenoid bersifat ultracepat (< 100 fs), sehingga data yang terekam terutama terbatas oleh respons instrumen.
Upkonversi fluoresensi
Dinamika fluoresensi pewarna laser DCM dalam larutan, direkam dengan HARPIA-TF dalam mode upkonversi fluoresensi. Kondisi pengukuran: 100 kHz, pompa 430 nm.
TCSPC
Dinamika fluoresensi pewarna laser DCM dalam larutan, direkam dengan HARPIA-TF dalam mode TCSPC. Kondisi pengukuran: 100 kHz, pompa 430 nm.
HARPIA-TA-FP fotolisis kilat
Modul HARPIA-TA-FP mengukur keadaan berumur panjang pada tunda nanodetik hingga milidetik dengan mengganti probe femtosekon yang ditunda secara mekanis dengan probe nanodetik pita lebar yang dipicu secara elektronik. Dinamika spektral nanodetik meso-tetraphenylporphine dalam larutan. Kondisi pengukuran: 1.8 kHz, pompa 343 nm, energi pompa 5.4 μJ.
HARPIA-LIGHT
HARPIA-LIGHT mengintegrasikan laser femtosekon dan spektrometer absorpsi transien dalam produk Class 1 satu kotak. Dinamika spektral pewarna laser DCM dalam larutan. Kondisi pengukuran: 60 kHz, pompa 343 nm, 3 s per spektrum (per titik tunda).
Dinamika filter lolos panjang
Dinamika ultracepat filter lolos panjang yang diukur pada HARPIA-LIGHT. Kondisi pengukuran: 60 kHz, pompa 343 nm, energi pompa 70 nJ, 1 s per spektrum (per titik tunda); 200 ms per spektrum, total 60 min.
Di mana digunakan
Spektroskopi absorpsi transien digunakan secara luas pada sistem molekul, semikonduktor, dan kompleks biologis. Dalam fotokimia dan fotobiologi, teknik ini mengikuti transfer energi, pemisahan muatan, proses fotosintesis, dan zat antara reaksi. Dalam penelitian semikonduktor, teknik ini melaporkan pembangkitan, transpor, perangkap, dan rekombinasi pembawa muatan. Dalam ilmu bahan, teknik ini diterapkan pada bahan fotovoltaik, fotokatalis, bahan kuantum, dan sistem fotoaktif lainnya. Karena teknik ini mengamati baik keadaan emisif maupun non-emisif pada rentang temporal yang luas, teknik ini tetap menjadi salah satu metode paling serbaguna untuk dinamika optik dan elektronik ultracepat.
