تقنيات الرواية لمراقبة ديناميات الهيكلية من بلورات سائلة فوتوريسبونسيفي

Masaki Hada; Shohei Saito; Ryuma Sato; Kiyoshi Miyata; Yasuhiko Hayashi; Yasuteru Shigeta; Ken Onda

doi:10.3791/57612

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

Summary

وهنا، نقدم البروتوكولات التحليلات التفاضلية-الكشف لحل وقت الأشعة تحت الحمراء الذبذبات التحليل الطيفي والالكترون الحيود التي تمكن ملاحظات تشوهات الهياكل المحلية حول الجزيئات فوتوكسسيتيد في عمودي الكريستال السائل، إعطاء وجهة نظر الذري على العلاقة بين البنية وديناميات هذه المواد فوتواكتيفي.

Abstract

نحن نناقش في هذه المقالة القياسات التجريبية للجزيئات في المرحلة الكريستال السائل (LC) استخدام طيف الذبذبات حل وقت الأشعة تحت الحمراء (IR) وحيود الإلكترون حل الوقت. المرحلة الكريستالية السائلة هي دولة هامة لهذه المسألة التي توجد بين المراحل الصلبة والسائلة، ومن الشائع في النظم الطبيعية، وكذلك كما هو الحال في الإلكترونيات العضوية. أورينتاتيونالي أمرت البلورات السائلة ولكن وجبات فضفاضة، وذلك، يمكن تعديل والتشكلات الداخلية والتحالفات المكونات الجزيئية ل LCs بالمنبهات الخارجية. على الرغم من أن المتقدم حل الوقت كشفت تقنيات حيود picosecond-مقياس ديناميات الجزيئية لبلورات مفردة وبوليكريستالس، والملاحظات المباشرة لهياكل التعبئة وديناميات فائق السرعة من مواد لينة قد أعاقها ضبابية أنماط الحيود. هنا، نحن تقرير حل الوقت مطيافية الأشعة تحت الحمراء الذبذبات وديفراكتوميتري إلكترون للحصول على لقطات فائق السرعة لمادة LC عمودية تحمل مجموعة كور فوتواكتيفي. تحاليل الكشف عن الفرق من المزيج من الوقت--حل مطيافية الأشعة تحت الحمراء الذبذبات وحيود الإلكترونات أدوات قوية لوصف هياكل وديناميات فوتويندوسيد من مواد لينة.

Introduction

البلورات السائلة (LCs) مجموعة متنوعة من الوظائف، وتستخدم على نطاق واسع في التطبيقات العلمية والتكنولوجية¹^،²^،^،من³⁴^،^،من⁵⁶. يمكن أن يعزى سلوك LCs إلى على أورينتاشونال الأمر كذلك فيما يتعلق بتنقل تلك الجزيئات عالية. تركيب جزيئي المواد LC عادة تتميز بنواة ميسوجين وسلاسل الكربون طويلة مرنة تضمن قدرة عالية على الحركة من جزيئات LC. تحت المؤثرات الخارجية⁷^،^،من⁸⁹^،¹⁰^،¹¹^،^،من¹²¹³^،¹⁴^،¹⁵، مثل الضوء أو المجالات الكهربائية، والتغيرات في درجة الحرارة أو الضغط الميكانيكي، صغيرة داخل والالتماسات الجزيئات LC جزيئات قضية جذرية الهيكلي إعادة ترتيب في النظام، مما يؤدي إلى السلوك الوظيفي الخاص به. فهم المهام لمواد قانون العمل، من المهم تحديد هيكل الجدول الجزيئية في مرحلة LC وتحديد الاقتراحات الرئيسية والتشكلات الجزيئية والتشوهات التعبئة.

ويستخدم حيود الأشعة السينية (XRD) عادة كأداة قوية لتحديد هياكل LC المواد¹⁶^،^،من¹⁷¹⁸. ومع ذلك، غالباً ما أخفى نمط الحيود الناشئة من مجموعة أساسية تستجيب لمحفزات وظيفية بنمط هالة واسعة من سلاسل طويلة من الكربون. حل فعال لهذه المشكلة يتم توفيرها من قبل تحليل حيود حل الوقت الذي تمكن الملاحظات المباشرة لديناميات الجزيئية باستخدام فوتوكسسيتيشن. هذا الأسلوب تستخرج المعلومات الهيكلية حول moiety العطرية فوتوريسبونسيفي استخدام الاختلافات بين أنماط الحيود الحصول عليها قبل وبعد فوتوكسسيتيشن. هذه الاختلافات توفر وسيلة لإزالة الضوضاء الخلفية ولمراقبة التغييرات الهيكلية التي تهم مباشرة. وتكشف تحليلات أنماط الحيود التفاضلية إشارات التضمين من مجموعة فوتواكتيفي وحدها، ومن ثم استبعاد حيود ضارة من سلاسل الكربون غير فوتوريسبونسيفي. يرد وصف لهذا الأسلوب من التحليل التفاضلي الحيود في الهدا، وآخرونم.¹⁹.

قياسات حيود حل الوقت يمكن أن توفر معلومات هيكلية حول ترتيبات جديدة الذري التي تحدث أثناء مرحلة الانتقال في المواد²⁰^،²¹^،^،من²²²³^، ²⁴ ^, ²⁵ ^, ²⁶ ^, ²⁷ ^, ²⁸ ^, ²⁹ والكيميائية التفاعلات بين الجزيئات³⁰^،^،من³¹³²^،^،من³³³⁴. مع هذه التطبيقات في الاعتبار، وقد تم إحراز تقدم ملحوظ في تطوير أولترابرايت ومتناهية نابض الأشعة السينية³⁵^،³⁶ والالكترون³⁷^،^،من³⁸³⁹ ^, مصادر ⁴⁰ . ومع ذلك، حيود حل الوقت فقط تم تطبيق إلى جزيئات بسيطة ومعزولة أو إلى بلورات أحادية أو بولي، في التي أمرت بشدة شعرية غير العضوية أو الجزيئات العضوية إنتاج أنماط الحيود جيدا حلها توفير الهيكلية المعلومات. وفي المقابل، التحليل الهيكلي فائق السرعة من مواد لينة أكثر تعقيداً قد أعيقت بسبب مراحلها مرتبة أقل. في هذه الدراسة، ونحن تثبت استخدام حيود الإلكترون حل الوقت فضلا عن مطيافية الامتصاص عابرة والتحليل الطيفي الذبذبات حل وقت الأشعة تحت الحمراء (IR) لوصف ديناميات الهيكلية فوتواكتيفي LC المواد باستخدام هذا استخراج حيود منهجية¹⁹.

Protocol

1.Time--حل الذبذبات مطيافية الأشعة تحت الحمراء

إعداد نموذج
1. الحل: يذوب جزيئات سيكلوكتاتيترايني الموسعة π (π-عند استخدام سرير) في الميثان مع التركيز السليم (1 ملمول/لتر).
2. المرحلة LC: إذابة مسحوق π-عند استخدام سرير على الركازة فلوريد الكالسيوم (CaF₂) استخدام لوحة الساخن عند درجة حرارة 100 درجة مئوية. تبريد العينة عند درجة حرارة الغرفة.
  ملاحظة: نحن بحاجة إلى اختيار مواد (CaF₂ أو الباريوم الفلوريد (BaF₂)) أن يكون شفافاً في نطاق منتصف الأشعة تحت الحمراء.
إنشاء جهاز
1. التبديل على ليزر ياقوت التيتانيوم (Ti:sapphire) ونبض زقزق مكبر للصوت. حرارياً استقرار لهم لعدة ساعات.
2. تأكد من أن التحالفات غير صحيحة. تحقق من قوة واستقرار التحقيق منتصف الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) المضخة وإعادة محاذاة المسار البصري إذا لزم الأمر. الإعداد الضوئية للأشعة تحت الحمراء الطيفي حل الوقت يرد في الشكل 5.
3. بارد الصفيف كاشف HgCdTe الأشعة تحت الحمراء باستخدام النتروجين السائل. تأكد من أن والمطياف يقع بشكل صحيح حتى يتم الكشف عن هذا المبلغ معقول للضوء في نطاق الاهتمام. معايرة المطياف استخدام أطياف امتصاص المواد المعروفة مثل البوليستيرين أو البولي ايثلين.
4. تحميل نموذج الذي يظهر كبير المستحثة بصورة عابرة استجابة (Si يفر (1 مم) أو Re(bpy)(CO)₃Cl/CH₃أهي الحل) على صاحب العينة. موقع التأخير مضخة-المسبار إلى قيمة إيجابية وتحسين كمية إشارة عابرة بإثارة شعاع مضخة لضمان تداخل مضخة-التحقيق.
5. العثور على إعداد الأصل الوقت بأخذ التفحص البعيدة المدى على التأخير مضخة-التحقيق باستخدام برنامج الصنع (الشكل 6). التحقق من موقف حيث تبدأ إشارة عابرة الظهور.
6. تحقق من ديناميات الاهتزاز المضادة المتماثلة وغير المتماثلة لشركة تمتد في Re(bpy)(CO)₃Cl لحظات ثنائي القطب الذي متعامد. ملاحظة أن كليهما يجب إظهار الديناميات نفسها بالضبط عندما يتحقق الشرط زاوية السحرية بشكل صحيح.
الحصول على البيانات والقياس
1. الحل: تحميل الخلية تدفق الصنع. إعداد الجهاز محتدما مع غاز خامل (النتروجين (N₂) أو الأرجون (Ar)) إذا لزم الأمر. المرحلة LC: جبل العينة π المغلفة بزيادة ونقصان-عند استخدام سرير مع الركيزة في مرحلة الآلية لنقل بقع الليزر بشكل مستمر على عينة للتقليل من الضرر الناجم عن الليزر.
2. Doublecheck الوقت صفر الموقف بالعينة.
3. تعيين نطاق المسح الضوئي لتأخير التحقيق مضخة بشكل صحيح (بداية ونهاية، والخطوة).
4. اختر مجلداً لحفظ البيانات.
5. بدء عملية جمع البيانات مع برنامج الصنع.
  ملاحظة: يتم تسجيل البيانات تلقائياً في الدليل.

2-حيود الإلكترون الوقت--حل

تلفيق الركازة عينة
1. شراء رقاقة سيليكون (001) (200 ميكرومتر سميكة)، كلا الجانبين التي مغطاة قبل نيتريد السيليكون الغنية بالسيليكون-سمكها 30 نانومتر (Si₃ن₄، أو ببساطة من الخطيئة) فيلم (الشكل 11ألف). قص رقاقة الخطيئة/Si/خطيئة في ساحة (15 × 15 مم²).
2. تشعيع مع ع الكتلة أيون عوارض⁴¹ في فلوينس من 2.5 × 10¹⁶ أيونات/سم² على أحد الجانبين ليفر الخطيئة/Si/خطيئة على الرغم من قناع معدني (الشكل 12)، وكافية لإزالة الفيلم الخطيئة-سمكها 30 نانومتر (الرقم 11 ب، ج).
  ملاحظة: أسلوب بديل لإزالة الخطيئة الفيلم هو النقش بالبلازما أو أيون الحزم النقش.
3. تحضير هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) محلول مائي بتركيز بنسبة 28%.
4. وضع يفر إلى حل كوه عند درجة حرارة 60-70 درجة مئوية لمدة 1-2 يوما (الشكل 11د)، التي تؤدي كذلك النقش ليفر سي عبر الخواص الكيميائية النقش⁴².
  ملاحظة: معدل النقش للدولية الاشتراكية بكوه الحل أسرع بكثير من أن للخطيئة، حيث تبقى رقيقة الخطيئة كالأغشية الدعم الذاتي (الشكل 11ه).
5. يفر مع الأغشية الخطيئة في المياه النظيفة والجافة مع غاز النيتروجين.
إعداد نموذج
1. تذوب الجزيئات π-عند استخدام سرير في كلوروفورم بتركيز 10 ملغ/مل.
2. برنامج زيادة ونقصان-المغطى: الإسراع إلى 2000 دورة في الدقيقة في 5 ق، الاحتفاظ التناوب على 30 ثانية، وتوقف التناوب. زيادة ونقصان-معطف محلول π-عند استخدام سرير على الركازة غشاء الخطيئة كما هو مبين في الشكل 11و.
  ملاحظة: يجب أن تكون بحجم مناسب ويفر لطلاء تدور أكثر من 10 × 10 مم²، نظراً للتوتر السطحي في بعض الأحيان يتداخل مع طلاء تدور المواد على رقائق أصغر، على سبيل المثال، شبكة غشاء خطيئة مجهر إلكتروني.
3. وضع العينة المغلفة على الركازة غشاء الخطيئة في وميكروريف عند درجة حرارة 100 درجة مئوية، وتذوب، وبارد عليه تدريجيا إلى درجة حرارة الغرفة (الرقم 11ز).
القياسات
1. جبل العينة على صاحب العينة مع المسمار ووضع صاحب العينة فراغ الغرفة (غرفة العينة).
2. ختم الدائرة فراغ مع غطاء والتبديل في مضخة دوارة لإخلاء الدائرة حتى مستوى أقل من 1000 فراغ السلطة الفلسطينية. ثم التبديل على المضخات التوربينية الجزيئية حتى قاعة البندقية الإلكترون يتم على مستوى الفراغ ~ 10^-6 باسكال (عادة لأكثر من 12 ح).
3. التبديل على الليزر Ti:sapphire وغرد نبض مكبر للصوت، واستقرار لهم حرارياً لأكثر من 1 ح. الإعداد التجريبية من حيود الإلكترون حل الوقت يرد في الشكل 9. تعيين معدل التكرار إلى 500 هرتز.
4. التبديل على فيلم الكاميرا جهاز اقتران (CCD) وبارد عليه إلى 10 درجات مئوية.
5. التبديل في الإمداد بالطاقة الكهربائية، وضبط الجهد إلى 75 كيلو فولت.
  ملاحظة: يجب أن لا تتقلب الحالية تسرب للتيار الكهربائي خارج النطاق 0.1 µA.
6. التداخل الخاصة. افتح البرنامج التلقائي المرمزة بمختبر (الشكل 10A) وتعيين زمن التعرض (50 مللي ثانية). البحث عن موقف شعاع الإلكترون مع ثقب مجهزة في صاحب العينة باستخدام البرنامج بتعيين نوع بدء التشغيل إلى Z_overlap لتداخل محور ع و Y_overlap والضغط الزر ابدأ .
7. تعيين شعاع الإلكترون عند موضع الثقب ومحاذاة الليزر ضخ مع مضخة ينعكس الضوء من الثقب.
8. قياس موقف الوقت-صفر مع مادة غير عضوية (ثنائي₂تي₃) على صاحب العينة باستخدام برنامج تلقائي المرمزة بمختبر (الشكل 10ب) بإعداد بدء تشغيل نوع حل الوقت والضغط الزر ابدأ. لهذه العملية، قم بضبط فلوينس مضخة إلى 2 مللي جول/سم².
9. إدراج كأس فاراداي للتمرير شعاع الإلكترون وقياس فلوينس شعاع الإلكترون مع بيكواميتير بناء المختبر وضبطه عن طريق تناوب تصفية ND قابل للتعديل على خط التحقيق. ضبط ثيفلوينسي نبض المضخة عن طريق تناوب وافيبلاتي على خط المضخة.
10. الانتقال إلى وضع نموذج وتعيين وقت التعرض للكاميرا اتفاقية مكافحة التصحر. الحصول على صورة حيود الإلكترونات باستخدام برنامج التلقائي المرمزة بمختبر (الشكل 10ب) بإعداد بدء تشغيل نوع إلى واحد والضغط على زر ابدأ .
11. التبديل على عنصر بلتيير الكاميرا CCD وبارد عليه وصولاً إلى درجة حرارة-20 درجة مئوية.
12. تعيين الوقت-الخطوة واتخاذ عدد من الخطوات لقياسات الوقت وتصميما. الحصول على الصور حيود الإلكترون حل الوقت باستخدام برنامج التلقائي المرمزة بمختبر (الشكل 10ب) بتعيين بدء تشغيل نوع حل الوقت والضغط على زر ابدأ .
13. الحصول على صورة خلفية حل الوقت مع إمدادات الطاقة تسارع الإلكترون إطفاء باستخدام برنامج تلقائي المرمزة بمختبر (الشكل 10ب) بتعيين بدء تشغيل نوع وقت حلها و الضغط على زر ابدأ .

النتائج

لقد اخترنا هيكل عظمى⁴³^،π على شكل السرج--عند استخدام سرير⁴⁴ كوحدة أساسية فوتواكتيفي جزيء LC، لأنها تشكل بنية تراص عمودية محددة تحديداً جيدا، ونظرا لأن الحلبة عند استخدام سرير ثمانية وايبوكسي المركزية من المتوقع أن تظهر تغيير فوتويندوسيد كون?...

Discussion

خطوة حاسمة من العملية خلال القياسات حيود الإلكترون حل الوقت هو الحفاظ على الجهد العالي (75 كيلو إلكترون فولط) دون التقلبات الحالية منذ المسافة بين إلكترونية والانود لوحة ~ 10 ملم فقط. إذا الحالية يتقلب أعلاه نطاق 0.1 µA قبل أو أثناء التجارب، بزيادة الجهد تسارع يصل إلى 90 كيلو إلكترون فولط تصريف ?...

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

ونحن نشكر الدكتور س. تاناكا في "معهد طوكيو للتكنولوجيا" لحل الوقت قياسات الذبذبات مطيافية الأشعة تحت الحمراء والحارة م. أ. د. والدكتور ك. ماتسو في جامعة ناغويا للقياسات XRD. نحن أيضا بفضل ياماغوتشي S. الأستاذ في جامعة ناغويا، أ. د. ر. هيرجيس في جامعة كيل وا. د. ر. ج. د ميلر في معهد ماكس بلانك لهيكل وديناميات هذه المسألة لمناقشة قيمة.

يتم دعم هذا العمل بتكنولوجيا العلوم اليابانية (JST)، المعزوفة، لتمويل المشاريع "التكنولوجيا الجزيئية وخلق وظائف جديدة" (منحة عدد من JPMJPR13KD و JPMJPR12K5 و JPMJPR16P6) و '' تحويل الطاقة الضوئية الكيميائية ''. هذا العمل تدعمه أيضا جزئيا JSPS منحة أرقام JP15H02103، JP17K17893، JP15H05482، JP17H05258، JP26107004، و JP17H06375.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Chirped pulse amplifier	Spectra Physics Inc.	Spitfire ACE	For time-resolved IR vibration spectroscopy
Chirped pulse amplifier	Spectra Physics Inc.	Spitfire XP	For time-resolved electron diffractometry
Femtosecond laser	Spectra Physics Inc.	Tsunami	For time-resolved IR vibration spectroscopy
Femtosecond laser	Spectra Physics Inc.	Tsunami	For time-resolved electron diffractometry
Optical parametric amplifier	Light Conversion Ltd.	TOPAS prime
64-channel mercury cadmium tellurium IR detector array	Infrared Systems Development Corporation	FPAS-6416-D
FT-IR spectrometer	Shimadzu Corporation	IR Prestige-21
High voltage supply	Matsusada precision	HER-100N0.1
Rotary pump	Edwards	RV12
Molecular turbo pumps	Agilent Technologies Japan, Ltd.	Twis Torr 304FS
Vacuum gauges	Pfeiffer vacuum systems gmbh	PKR251	For ICF70 flange
Vacuum monitors	Pfeiffer vacuum systems gmbh	TPG261
Fiber coupled CCD camera	Andor Technology Ltd.	iKon-L HF
BaF2 and CaF2 substrates	Pier optics		Thickness 3 mm
AgGaS2 crystal	Phototechnica Corporation		Custom-order
BBO crystals	Tokyo Instruments, Inc.		SHG θ=29.2 deg THG θ=44.3 deg
calcite crystals	Tokyo Instruments, Inc.		Thickness 1mm
Optical mirrors	Thorlabs	PF10-03-F01 PF10-03-M01 UM10-45A	Al coat mirrors Au coat mirrors Ultrafast mirrors
Optical mirrors	HIKARI,Inc.		Broadband mirrors
Dichroic mirrors	HIKARI,Inc.		Custom-order Reflection: 266 nm Transmission: 400, 800 nm
Optical chopper	Newport Corporation	3501 optical chopper
Optical shutters	Thorlabs Inc.	SH05/M SC10
Optical shutters	SURUGA SEIKI CO.,LTD.	F116-1
Beam splitters	Thorlabs Inc.	BSS11R
Fused-silica lenses	Thorlabs Inc.	LA4663 LA4184
BaF2 lens	Thorlabs Inc.	LA0606-E
Polarized mirrors	Sigmakoki Co.,Ltd		Custom-order Designed for 800 nm Reflection: s-polarized light Transmission : p-polarized light
Half waveplate	Thorlabs Inc.	WPH05M-808
Mirror mounts	Thorlabs Inc.	POLARIS-K1 KM100	Kinematic mirror mounts
Mirror mounts	Sigmakoki Co.,Ltd	MHAN-30M MHAN-30S	Gimbal mirror mounts
Mirror mounts	Newport Corporation	ACG-3K-NL	Gimbal mirror mounts
Variable ND filters	Thorlabs Inc.	NDC-25C-2M
Beam splitter mounts	Thorlabs Inc.	KM100S
Lens mounts	Thorlabs Inc.	LMR1/M
Rotational mounts	Thorlabs Inc.	RSP1/M
Retroreflector	Edmund Optics	63.5MM X 30" EN-AL
spectrometers	ocean photonics	USB-4000
Power meter	Ophir	30A-SH	Used for intensity monitor of CPA
Power meter	Thorlabs Inc.	S120VC PM100USB	Used for intensity measurements of pump pulse
Photodiodes	Thorlabs Inc.	DET36A/M DET25K/M
DC power supply	TEXIO	PW18-1.8AQ	Used for magnetic lens
Magnetic lens	Nissei ETC Co.,Ltd		Custom-order
Stages	Newport Corporation	M-MVN80V6 LTAHLPPV6	Used for magnetic lens
Stage controller	Newport Corporation	SMC100
Stages	Sigmakoki Co.,Ltd	SGSP20-35(X) SGSP20-85(X)	Used for sample position
Stages	Sigmakoki Co.,Ltd	SGSP26-200(X) OSMS26-300(X)	Used for delay time generator
Stage controller	Sigmakoki Co.,Ltd	SHOT-304GS
Picoammeter			Laboratory built
spin coater	MIKASA Co.,Ltd	1H-D7
hot plate	IKA®	C-MAG HP7
SiN wafer	Silson Ltd		Custom-order
KOH aqueous solution (50%)	Hiroshima Wako Co.,Ltd.	168-20455
Chloroform	Hiroshima Wako Co.,Ltd.	038-18495
Dichloromethane	Hiroshima Wako Co.,Ltd.	132-02456
Personal computers for the controlling programs	Epson Corporate	Endeavor MR7300E-L	32-bit operation system
Program for the control the equipment	National Instruments Corporation	Labview2016
Program for the data analysis	The MathWorks, Inc.	Matlab2015b

References

Van Haaren, J., Broer, D. In search of the perfect image. Chem. Ind. 24, 1017-1021 (1998).
Goodby, J. W., Collings, P. J., Kato, T., Tschierske, C., Gleeson, H. F., Raynes, P. . Handbook of Liquid Crystals. , (2014).
Li, Q. . Liquid Crystal Beyond Displays. , (2012).
Kato, T. Self-assembly of phase-segregated liquid crystal structures. Science. 295, 2414-2418 (2002).
Fleismann, E. K., Zentel, R. Liquid-Crystalline Ordering as a Concept in Materials Science: From Semiconductors to Stimuli-Responsive Devices. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 8810-8827 (2013).
Sergeyev, S., Pisula, W., Geerts, Y. H. Discotic liquid crystals: a new generation of organic semiconductors. Chem. Soc. Rev. 36, 1902-1929 (2007).
Goodby, J. W. Mesogenic molecular crystalline materials. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 4, 361-368 (1999).
Ichimura, K. Photoalignment of Liquid-Crystal Systems. Chemical Reviews. 100, 1847-1873 (2000).
Ikeda, T. Photomodulation of liquid crystal orientations for photonic applications. J. Mater. Chem. 13, 2037-2057 (2003).
Browne, W. R., Feringa, B. L. Making molecular machines work. Nat. Nanotech. 1, 25-35 (2006).
Ikeda, T., Mamiya, J., Yu, Y. Photomechanics of liquid-crystalline elastomers and other polymers. Angew. Chem., Int. Ed. 46, 506-528 (2007).
Sagara, Y., Kato, T. Brightly Tricolored Mechanochromic Luminescence from a Single-Luminophore Liquid Crystal: Reversible Writing and Erasing of Images. Angew. Chem. Int. Ed. 50, 9128-9132 (2011).
Miyajima, D., et al. Ferroelectric columnar liquid crystal featuring confined polar groups within core-shell architecture. Science. 336, 209-213 (2012).
White, T. J., Broer, D. J. Programmable and adaptive mechanics with liquid crystal polymer networks and elastomers. Nat. Mater. 14, 1087-1098 (2015).
Saito, S., et al. Light-melt adhesive based on dynamic carbon frameworks in a columnar liquid-crystal phase. Nat. Commun. 7, 12094 (2016).
Lagerwall, J. P. F., Giesselmann, F. Current Topics in Smectic Liquid Crystal Research. Chem. Phys. Chem. 7, 20-45 (2006).
Yoon, H. G., Agra-Kooijman, D. M., Ayub, K., Lemieux, R. P., Kumar, S. Direct Observation of Diffuse Cone Behavior in de Vries Smectic-A and -C Phases of Organosiloxane Mesogens. Phys. Rev. Lett. 106, 087801 (2011).
Takanishi, Y., Ohtsuka, Y., Takahashi, Y., Kang, S., Iida, A. Chiral doping effect in the B2 phase of a bent-core liquid crystal: The observation of resonant X-ray satellite peaks assigned to the 5/10 layer periodic structure. Euro. Phys. Lett. 109, 56003 (2015).
Hada, M., et al. Structural Monitoring of the Onset of Excited-State Aromaticity in a Liquid Crystal Phase. J. Am. Chem. Soc. 139, 15792-15800 (2017).
Cavalleri, A., et al. Femtosecond Structural Dynamics in VO2 during an Ultrafast Solid-Solid Phase Transition. Phys. Rev. Lett. 87, 237401 (2001).
Hada, M., Okimura, K., Matsuo, J. Characterization of structural dynamics of VO2 thin film on c-Al2O3 using in-air time-resolved x-ray diffraction. Phys. Rev. B. 82, 153401 (2010).
Eichberger, M., et al. Snapshots of cooperative atomic motions in the optical suppression of charge density waves. Nature. 468, 799-802 (2010).
Ichikawa, H., et al. Transient photoinduced 'hidden' phase in a manganite. Nat. Mater. 10, 101-105 (2011).
Hada, M., Okimura, K., Matsuo, J. Photo-induced lattice softening of excited-state VO2. Appl. Phys. Lett. 99, 051903 (2011).
Zamponi, F., Rothhardt, P., Stingl, J., Woerner, M., Elsaesser, T. Ultrafast large-amplitude relocation of electronic charge in ionic crystals. P. Natl. Acad. Sci. USA. 109, 5207-5212 (2012).
Beaud, P., et al. A time-dependent order parameter for ultrafast photoinduced phase transitions. Nat. Mater. 13, 923-927 (2014).
Morrison, V. R., et al. A photoinduced metal-like phase of monoclinic VO revealed by ultrafast electron diffraction. Science. 346, 445-448 (2014).
Han, T. -. R. T., et al. Exploration of metastability and hidden phases in correlated electron crystals visualized by femtosecond optical doping and electron crystallography. Sci. Adv. 5, 1400173 (2015).
Waldecker, L., et al. Time-domain separation of optical properties from structural transitions in resonantly bonded materials. Nat. Mater. 14, 991-995 (2015).
Minitti, M. P., et al. Imaging Molecular Motion: Femtosecond X-Ray Scattering of an Electrocyclic Chemical Reaction. Phys Rev. Lett. 114, 255501 (2015).
Kim, K. H., et al. Direct observation of bond formation in solution with femtosecond X-ray scattering. Nature. 518, 385-389 (2015).
Gao, M., et al. Mapping molecular motions leading to charge delocalization with ultrabright electrons. Nature. 496, 343-346 (2013).
Ishikawa, T., et al. Direct observation of collective modes coupled to molecular orbital-driven charge transfer. Science. 350, 1501-1505 (2015).
Xian, R., et al. Coherent ultrafast lattice-directed reaction dynamics of triiodide anion photodissociation. Nat. Chem. 9, 516-522 (2017).
Chapman, H. N., et al. Femtosecond X-ray protein nanocrystallography. Nature. 470, 73-77 (2011).
Ishikawa, T., et al. A compact X-ray free-electron laser emitting in the sub-ångström region. Nature Photonics. 6, 540-544 (2012).
Zewail, A. H. Four-dimensional electron microscopy. Science. 328, 187-193 (2010).
Sciaini, G., Miller, R. J. D. Femtosecond electron diffraction: heralding the era of atomically resolved dynamics. Rep. Prog. Phys. 74, 096101 (2011).
Hada, M., Pichugin, K., Sciaini, G. Ultrafast structural dynamics with table top femtosecond hard X-ray and electron diffraction setups. Euro. Phys. J. Special Topic. 222, 1093-1123 (2013).
Miller, R. J. D. Mapping atomic motions with ultrabright electrons: the chemists' gedanken experiment enters the lab frame. Annu. Rev. Phys. Chem. 65, 583-604 (2014).
Seki, T., Murase, T., Matsuo, J. Cluster size dependence of sputtering yield by cluster ion beam irradiation. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 242, 179-181 (2006).
Mueller, C., Harb, M., Dwyer, J. R., Miller, R. J. D. Nanofluidic Cells with Controlled Pathlength and Liquid Flow for Rapid, High-Resolution In Situ Imaging with Electrons. J. Phys. Chem. Lett. 4, 2339-2347 (2013).
Mouri, K., Saito, S., Yamaguchi, S. Highly Flexible π-Expanded Cyclooctatetraenes: Cyclic Thiazole Tetramers with Head-to-Tail Connection. Angew. Chem. Int. Ed. 51, 5971-5975 (2012).
Mouri, K., Saito, S., Hisaki, I., Yamaguchi, S. Thermal 8π electrocyclic reaction of heteroarene tetramers: new efficient access to π-extended cyclooctatetraenes. Chem. Sci. 4, 4465-4469 (2013).
Rosenberg, M., Dahlstrand, C., Kilså, K., Ottosson, H. Excited State Aromaticity and Antiaromaticity: Opportunities for Photophysical and Photochemical Rationalizations. Chem. Rev. 114, 5379-5425 (2014).
Kato, T., Mizoshita, N., Kishimoto, K. Functional Liquid-Crystalline Assemblies: Self-Organized Soft Materials. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 38-68 (2006).
Rosen, B. M., et al. Dendron-Mediated Self-Assembly, Disassembly, and Self-Organization of Complex Systems. Chem. Rev. 109, 6275-6540 (2009).
Fukazawa, N., et al. Time-Resolved Infrared Vibrational Spectroscopy of the Photoinduced Phase Transition of Pd(dmit)2 Salts Having Different Orders of Phase Transition. J. Phys. Chem. C. 117, 13187 (2013).
Mukuta, T., et al. Infrared Vibrational Spectroscopy of [Ru(bpy)2(bpm)]2+ and [Ru(bpy)3]2+ in the Excited Triplet State. Inorg. Chem. 53, 2481-2490 (2014).
Tanaka, S., Takahashi, K., Hirahara, M., Yagi, M., Onda, K. Characterization of the excited states of distal-. and proximal-.[Ru(tpy)(pynp)OH2]2+ in aqueous solution using time-resolved infrared spectroscopy. J. Photochem. Photobio. A. 313, 87-98 (2015).
Mukuta, T., Tanaka, S., Inagaki, A., Koshihara, S., Onda, K. Direct Observation of the Triplet Metal-Centered State in [Ru(bpy)3]2+ Using Time-Resolved Infrared Spectroscopy. ChemistrySelect. 1, 2802-2807 (2016).
Epp, S. W., et al. Time zero determination for FEL pump-probe studies based on ultrafast melting of bismuth. Str. Dyn. 4, 054308 (2017).
Hada, M., et al. Cold ablation driven by localized forces in alkali halides. Nat. Commun. 5, 3863 (2014).
Hada, M., et al. Ultrafast time-resolved electron diffraction revealing the nonthermal dynamics of near-UV photoexcitation-induced amorphization in Ge2Sb2Te5. Sci. Rep. 5, 13530 (2015).
Hada, M., et al. Evaluation of Damage Layer in an Organic Film with Irradiation of Energetic Ion Beams. Jpn. J. Appl. Phys. 49, 036503 (2010).
Hada, M., et al. Bandgap modulation in photoexcited topological insulator Bi2Te3 via atomic displacements. J. Chem. Phys. 145, 024504 (2016).
Manz, S., et al. Mapping atomic motions with ultrabright electrons: towards fundamental limits in space-time resolution. Faraday Discuss. 77, 467-491 (2015).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

135 femtosecond

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: