Solaris (sincrotrón)

SOLARIS es una fuente de luz de sincrotrón en la ciudad de Cracovia en Polonia . Es la única instalación de su tipo en Europa Central y Oriental . Construida en 2015, bajo los auspicios de la Universidad Jagellónica , está ubicada en el Campus del 600.º Aniversario del Renacimiento de la Universidad Jagellónica, en la parte sur de la ciudad. Es la instalación central del Centro Nacional de Radiación de Sincrotrón SOLARIS ( en polaco : Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS ). ^[1]

El Centro Nacional de Radiación Sincrotrón SOLARIS fue construido entre 2011 y 2014. La inversión fue cofinanciada por la Unión Europea con fondos del Fondo Europeo de Desarrollo Regional , en el marco del Programa Operativo de Economía Innovadora 2007-2013.

El sincrotrón SOLARIS comenzó a funcionar con dos líneas de luz (PIRX [PEEM/XAS] con dos estaciones terminales y URANOS [UARPES] con una estación terminal). Sin embargo, en última instancia, la sala experimental del acelerador de Cracovia albergará docenas de ellas. En total, las líneas de luz estarán equipadas con unas veinte estaciones terminales. ^[2]

La instalación recibe su nombre del título de una novela del escritor de ciencia ficción polaco Stanislaw Lem , que vivió y trabajó en Cracovia. ^[3]

El 1 de marzo de 2019, en el Primer Congreso del Consorcio de Criomicroscopía, un organismo que reúne a especialistas en biología estructural de toda Polonia, se tomó la decisión oficial de inaugurar el Centro Nacional de Criomicroscopía Electrónica en SOLARIS. El corazón del Centro de Criomicroscopía está formado por dos criomicroscopios de última generación que, gracias a su alta resolución y método de medición, revolucionan la biología estructural.

El Centro SOLARIS está abierto a todos los científicos interesados, tanto de Polonia como del extranjero. Las convocatorias de propuestas se publican dos veces al año (en primavera y otoño). El acceso a la infraestructura para los científicos es gratuito. ^[4]

Hay varias líneas de luz. ^{[5] [6]}

• PIRX (anteriormente XAS) es una línea de luz basada en imanes de flexión dedicada a la microscopía y espectroscopía en el rango de energía de rayos X suaves. La línea de luz está diseñada para estudiar propiedades químicas y electrónicas, estructurales y magnéticas por medio de espectroscopía de absorción de rayos X (XAS), dicroísmo lineal natural de rayos X (XNLD) y dicroísmo circular magnético de rayos X (XMCD), dicroísmo lineal magnético de rayos X (XMLD), respectivamente. Es adecuada para sondear propiedades específicas de elementos de superficies, interfaces, películas delgadas y nanomateriales. El rango de energía de fotones disponible (200–2000 eV) cubre los bordes de absorción K para elementos ligeros, desde carbono hasta silicio, bordes L de elementos con número atómico Z entre 20 y 40, incluidos elementos 3d, y también bordes M de muchos átomos más pesados, incluidos elementos 4f. La estación experimental es una estación universal para XAS.

La estación está disponible para experimentos de los usuarios en diferentes entornos de muestra y condiciones de enfoque. Los usuarios pueden solicitar tiempo de haz con la estación terminal XAS. Para prepararse para su experimento, se les pide a los usuarios que consulten las páginas web de las estaciones finales.

• URANOS (anteriormente UARPES) - La línea de haz de espectroscopia de fotoemisión con resolución angular ultra permite realizar mediciones de cantidades fundamentales, es decir, la energía y el momento, que describen un estado de fotoelectrón en el espacio exterior a la muestra sólida.

Si se utiliza además un selector de espín, se puede obtener un conjunto completo de números cuánticos para el electrón. Entonces, dentro de una denominada aproximación repentina, la energía, el momento y el espín del electrón medidos sobre la superficie de la muestra se pueden relacionar con la energía de enlace, el cuasimomento y el espín que tenía el electrón en el sólido antes de que tuviera lugar el evento fotoeléctrico. De este modo, se obtiene experimentalmente la estructura de bandas electrónicas del sólido estudiado. Además de esta imagen simple, ARPES también proporciona información detallada sobre las complejas interacciones electrón-electrón y electrón-red en el sólido.

La importancia de la técnica ARPES para la ciencia y la tecnología contemporáneas es ampliamente reconocida. Existen líneas de luz ARPES dedicadas a ella en casi todos los centros de radiación sincrotrón del mundo.

Aplicaciones: Muchos avances recientes en la ciencia de los materiales han sido posibles gracias a una mejor comprensión de la estructura electrónica de sistemas complejos, obtenida gracias a los estudios de ARPES. Algunos ejemplos incluyen avances en campos como: superconductividad de alta temperatura, aislantes topológicos y física del grafeno.

• PHELIX - la línea de luz utiliza rayos X suaves producidos por un ondulador APPLE II con imanes permanentes. Este ondulador permite obtener polarización variable de la luz - lineal, circular y elíptica. La línea de luz permite estudios de absorción espectroscópica. Las técnicas de investigación disponibles en la línea de luz son: espectroscopia de fotoemisión (PES) y XAS. Aplicación: en el estudio de nuevos materiales ( espintrónica , magnetoelectrónica , aislantes topológicos ) así como películas delgadas y multicapas.
• DEMETER (Dual Microscopy and Electron Spectroscopy Beamline): la línea de luz utiliza rayos X suaves con polarización variable emitidos por un EPU (ondulador de polarización elíptica). La línea de luz tiene dos estaciones terminales: un microscopio de transmisión de rayos X de barrido (STXM) y un microscopio electrónico de fotoemisión (PEEM). Aplicación: investigación del orden magnético, investigación de la estructura del dominio, obtención de imágenes de la composición química y espectroscopia de biomoléculas .

• ASTRA (anteriormente SOLABS)  : una línea de luz de espectroscopia de absorción de rayos X cuya fuente de luz de sincrotrón será un imán de flexión. La línea de luz emitirá fotones en un amplio rango de energía, lo que permitirá realizar mediciones en los bordes de absorción de muchos elementos.

Aplicaciones: La estación final estará destinada a la investigación de materiales tanto de naturaleza básica como aplicada.

• SOLCRYS - una línea de rayos X de alta energía basada en wiggler (hasta 25 keV) para estudios estructurales. Aplicaciones: en estudios estructurales (biológicos, macromoleculares, farmacéuticos, materiales cristalinos, etc.) realizados también en condiciones extremas (alta presión, temperatura).
• CIRI (anteriormente SOLAIR) es una línea de luz para microscopía de absorción infrarroja con formación de imágenes. La fuente de radiación es un imán de flexión. La línea de luz tendrá dos estaciones terminales: un microscopio de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier y un microscopio para espectroscopia nanoinfrarroja acoplado con microscopía de fuerza atómica y microscopía de barrido de campo cercano (imágenes AFM-SNOM-FTIR). Aplicación: en biomedicina, nanotecnología, ciencias ambientales y muchos otros campos. La investigación planificada permitirá, entre otras cosas, dirigir la síntesis de medicamentos potenciales y su diseño.
• POLYX - una línea de luz que permitirá la obtención de imágenes multimodales de alta resolución en el rango de rayos X duros. La fuente de radiación es un imán de flexión. Las técnicas disponibles serán: microanálisis de fluorescencia de rayos X (micro-XRF), espectroscopia de umbral de absorción de rayos X (micro-XAFS) y microtomografía computarizada (micro-CT). Aplicación: prueba de nuevas soluciones para la óptica y los detectores de rayos X , prueba de muestras de baja absorción, por ejemplo, materiales biológicos, obtención de información de profundidad sobre la descomposición elemental, estudios morfológicos de objetos, obtención de imágenes tridimensionales de la estructura atómica local, etc.

Parámetros principales del anillo de almacenamiento SOLARIS: ^[7]

• Energía: 1,5 GeV
• Corriente máxima: 500 mA
• Circunferencia: 96 m
• Frecuencia principal de RF: 99,93 MHz
• Número máximo de racimos en circulación: 32
• Emitancia horizontal (sin dispositivos de inserción): 6 nm rad
• Acoplamiento: 1%
• Sintonía Qx, Qy: 11.22; 3.15
• Cromaticidad natural ξx, ξy: -22,96, -17,14
• Cromaticidad corregida ξx, ξy: +1, +1
• Tamaño del haz de electrones (centro de la sección recta) σx, σy: 184 μm, 13 μm
• Tamaño del haz de electrones (centro dipolar) σx, σy: 44 μm, 30 μm
• Número máximo de dispositivos de inserción: 10
• Compactación por momento: 3,055 x 10-3
• Vida útil total de los electrones: 13 h

• Página web del Centro Nacional de Radiación Sincrotrón SOLARIS
• Página web de lightsource.org
• Oficina de Usuarios Digitales