Unterstützt wurde diese Arbeit vom Exzellenzcluster "The Hamburg Center for Ultrafast Imaging – Structure, Dynamics and Control of Matter at the Atomic Scale" der Deutschen Forschungsgemeinschaft und vom Helmholtz Virtual Institute "Dynamic Pathways in Multidimensional Landscapes".

1. Beschreibung des Versuchsaufbaus
Abbildung 221zeigt einen Schaltplan des Gasphasen-Molekularstrahlaufbaus und -Abweisers. Es besteht aus
<ol><li>Ein gepulstes Even-Lavie-Ventil29, das die molekulare Probe enthält. Andere gepulste Molekularstrahlventile können ebenso gut eingesetzt werden, solange ein kalter Molekularstrahl (O(1 K)) gebildet wird. Die folgenden Parameter sind spezifisch für das eingesetzte Even-Lavie-Ventil. In den hier vorgestellten Experimenten wird das Ventil mit 20 Hz Wiederholungsrate mit hohen Rückendrücken (Helium bei 50 bar) betrieben und zu einer Vakuumkammer erweitert, die auf <10-6 mbar evakuiert wird.</li>
	<li>Ein molekularer Strahlabschäumer (2 mm Durchmesser) wird 22 cm flussabwärts vom Ventil platziert, kollidiert den Molekularstrahl und führt zu Differenzpumpenbedingungen zwischen dem gepulsten Ventil und dem Rest des Vakuumsystems.</li>
	<li>Unmittelbar nach dem Abschäumer gelangen die Moleküle in die elektrostatische Umlenkvorrichtung. Dieser besteht aus einem Stab (Radius 3,0 mm) und einem Trog (Krümmungsradius 3,2 mm), die jeweils 24 cm lang sind. Der vertikale Spalt zwischen den Elektroden in der Mitte des Geräts beträgt 2,3 mm. Zwischen dem Stab und dem Trog wird ein potentialischer Unterschied zwischen 0-26 kV aufgebracht, wodurch ein starkes inhomogenes elektrisches Feld mit einem nahezu konstanten Feldgradienten30erzeugt wird, wie im Einset von Abbildung 2angegeben.</li>
	<li>Direkt nach dem Abweiser gelangen Moleküle durch einen zweiten Abschäumer in den Wechselwirkungsbereich, was eine weitere Differentialpumpstufe bietet.</li>
	<li>Der Interaktionsbereich (evakuiert auf Druck <10-9 mbar) enthält ein standardmäßiges Wiley-McLaren Time-of-Flight (TOF) Setup. Moleküle werden durch fokussierte Laserpulse in der Mitte des Extraktionsbereichs, zwischen Repeller und Extraktorelektroden ionisiert. Produzierte Ionen werden zu einem Multichannel-Plattendetektor (MCP) beschleunigt, bei dem ein Massenspektrum aufgezeichnet wird.</li>
	<li>Laserpulse werden von einem Nd:YAG Pumpfarbstofflaser abgeleitet, der typische Ausgangswellenlängen um 283 nm (Indole-Experimente) oder 272 nm (3-Fluorphenol-Experimente) und Pulsenergien von wenigen mJ liefert. Die Pulsdauer liegt in der Größenordnung von 10 nsec und die Impulse werden mit einem f = 750 mm Objektiv auf eine Spotgröße von 100 mm im Interaktionsbereich fokussiert.</li>
	<li>Die Timing-Sequenz wird durch einen digitalen Verzögerungsgenerator gesteuert, der die Master-Uhr bereitstellt. Dies löst den Nd:YAG-Laser (Blitzlampen und Q-Schalter), das gepulste Ventil und die Digitalisiererkarte aus, mit der Massenspektren aufgenommen werden.</li>
	<li>Massenspektren werden auf einer Digitizerkarte aufgezeichnet und gleichzeitig mit dem Laser Q-Schalter ausgelöst. Molekulare Strahldichten werden aus geeigneten Massentoren in den aufgezeichneten Flugzeitspektren extrahiert.</li>
</ol>2. Herstellung und Charakterisierung eines Conformer Selected Molecular Beam
<ol><li>Ein kalter Molekularstrahl der Zielmoleküle wird durch Überschallausdehnung erzeugt und durch räumliche (x, y Richtungen) und zeitliche (z-Richtung) Profilierung charakterisiert.</li>
	<li>Beladen Sie das Probenreservoir des gepulsten Ventils mit der chemischen Probe. Lösen Sie feste Proben in einem geeigneten Lösungsmittel auf und legen Sie einige Tropfen auf ein kleines Stück Filterpapier, das in die Probenpatrone eingelegt wird. Legen Sie flüssige Proben direkt auf das Filterpapier.</li>
	<li>Produzieren Sie die Überschallexpansion mit einem hochreinen Hochdruck-Trägergas. Stellen Sie die Temperatur des Probenbehälters innerhalb des Ventils so ein, dass der Teildruck der Probe ca. 10 mbar beträgt. Hinweis: Für Flüssigkeitsproben ist in der Regel keine Erwärmung erforderlich. Die Ventilöffnungszeit hängt vom exakten Modell des verwendeten Pulsventils ab, für die hier vorgestellten Experimente wird das Even-Lavie-Ventil mit einer elektrischen Pulsdauer von 10 Sek. betrieben.</li>
	<li>Charakterisieren Sie den erzeugten Molekularstrahl mit ausgeschaltetem elektrostatischen Deflektor. Stellen Sie den Ionisationslaser auf eine bekannte Wellenlänge für die resonanzverstärkte Multiphotonenionisierung (REMPI) eines bestimmten Conformers der Probe. Zeichnen Sie ein zeitliches Profil des molekularen Strahlpulses auf, indem Sie die gesamtparente Ionenausbeute des MCP-Detektors als Funktion der Ventil-Laser-Verzögerung überwachen.</li>
	<li>Fixieren Sie die Ventil-Laser-Verzögerung an der Position der maximalen Intensität für alle nachfolgenden Messungen.</li>
	<li>Zeichnen Sie ein transversales räumliches Profil des molekularen Strahls auf, indem Sie die gesamte übergeordnete Ionenausbeute in Abhängigkeit von der y-Position des Laserfokus überwachen. Bewegen Sie die Fokussierlinse senkrecht zur Laserausbreitungsrichtung, so dass sich der Fokus relativ zum Molekularstrahl in y-Richtung bewegt.</li>
	<li>Wiederholen Sie die zeitliche und räumliche Profilerstellung für alle konformen Datenträger, die für den Balken von Interesse sind. Hinweis: Diese haben in der Regel unterschiedliche REMPI-Resonanzen, so dass jeder Conformer separat untersucht werden kann. In Ermangelung eines Umlenkfeldes sind die zeitlichen und räumlichen Profile jedoch für alle Konformer identisch.</li>
	<li>Charakterisierung des abgelenkten Balkens. Schalten Sie die Hochspannungsversorgung zum Deflektor ein und zeichnen Sie räumliche Profile für alle Isomer auf. Diese sollten nun entsprechend dem Massen-Dipol-Momentverhältnis abgelenkt werden. Hinweis: Bei Arten, die großen Umlenkungen unterzogen werden, kann es erforderlich sein, den Abschäumer unmittelbar nach dem Deflektor zu bewegen, um eine gute Übertragung des umgelenkten Strahls in den Detektionsbereich zu gewährleisten.</li>
	<li>Durchführung von Experimenten am konformeren oder größenorientierten Teil des Molekularstrahls, indem sichergestellt wird, dass die Wechselwirkung(z. B. ein kreuzender Laserstrahl) innerhalb des Teils des Molekularstrahls stattfindet, der nur die Arten von Interesse enthält.</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

In diesem Manuskript wird von der Vertrautheit mit Ultrahochvakuumkomponenten, gepulsten Molekularstrahlventilen und Laserquellen ausgegangen und die damit verbundenen Sicherheitsverfahren sollten immer eingehalten werden. Beim Umgang mit den Hochspannungselektroden für den Deflektor ist besondere Vorsicht geboten. Ihre Oberflächen müssen auf hohem Niveau poliert werden und müssen absolut sauber sein, um Lichtbögen innerhalb der Vakuumkammer zu vermeiden. Vor dem ersten Gebrauch sollten die Elektroden unter Vakuum konditioniert werden. ...

Moderne Gasphasen-Molekularphysik und physikalische Chemieexperimente verwenden häufig Überschallerweiterungen von Zielmolekülen, um rotationskalte molekulare Proben innerhalb eines molekularen Strahls zu erzeugen. Doch selbst bei niedrigen Rotationstemperaturen von 1 K, die routinemäßig mit Überschallausdehnungen erreicht werden können, können große Moleküle noch in mehreren Konformationen innerhalb des Strahls1verbleiben. Ebenso führt die Produktion molekularer Cluster in einer Strahlquelle nicht zu einer einzigen Spezies, sondern zur Bildung einer "Clustersuppe", die viele verschiedene Clusterstoichiometrien enthält, sowie zu verbleibenden reinen Muttermolekülen. Dies erschwert die Untersuchung dieser Systeme mit neuartigen Techniken wie der Abbildung molekularer Orbitale2, molekularer Photoelektronen-Winkelverteilungen3-5 oder Elektronen6-10 und Röntgenbeugung11-13, da diese reine, konsistente und homogene Proben in der Gasphase erfordern.
Während nun mehrere Methoden zur Trennung verschiedener Konformer geladener Arten in der Gasphase(z. B. Ionenmobilitätsdriftröhren14,15) zur Verfügung stehen und geladene Cluster leicht durch ihr Massen-Zu-Ladungsverhältnis getrennt werden können, sind diese Techniken nicht auf neutrale Arten anwendbar. Wir haben vor kurzem gezeigt, dass diese Probleme mit dem Einsatz einer elektrostatischen Umlenkvorrichtung16,17überwunden werden können, die die Trennung von molekularen Konformatoren sowie Clustern und die Produktion von rotationskalten molekularen Strahlen ermöglicht.
Die Verwendung von elektrostatischer Durchbiegung ist eine klassische Molekularstrahltechnik, deren Ursprünge weit zurückreichen18,19. Erste Ideen zur Elektrostatik zur Trennung von Quantenzuständen wurden 192620von Stern eingeführt. Während erste Experimente an kleinen Molekülen bei hohen Temperaturen durchgeführt wurden, zeigen wir die Anwendung dieser Technik auf große polare Moleküle und Cluster bei niedrigen Temperaturen16,21.
Polarmoleküle erleben aufgrund der räumlichen Unterschiede in der potentiellen Energie eine Kraft innerhalb eines inhomogenen elektrischen Feldes (E). Diese Kraft <img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px"> ist abhängig vom effektiven Dipolmoment, μeffdes Moleküls und kann als
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg"> (1) 
Da verschiedene molekulare Konformatoren in der Regel unterschiedliche Dipolmomente besitzen und unterschiedliche Zahlen von Lösungsmittelmolekülen innerhalb eines Clusters zu unterschiedlichen Clustermassen und Dipolmomenten führen, werden diese Arten eine andere Beschleunigung in Gegenwart eines starken inhomogenen elektrischen Feldes erleben. Die resultierende Stark-Effektkraft aus einem inhomogenen elektrischen Feld kann daher zur Trennung von Konformatoren und Quantenzuständen22verwendet werden. Dies ist in Abbildung 1angegeben, in der die berechneten Starkkurven für die J = 0,1,2 Rotationszustände der cis bzw. trans conformer von 3-Fluorphenol angezeigt werden. Dies führt zu großen Unterschieden in μeff, wie in den Abbildungen 1c und 1ddargestellt, und daher wird eine andere Beschleunigung von den beiden Konformern in inhomogenen elektrischen Feldern erlebt. Daher kann eine elektrostatische Umlenkvorrichtung als Massen-Dipol-Momentverhältnis (m/μeff)Separator verwendet werden, analog zu einem Massenspektrometer, das als Massen-Zu-Lade-Verhältnis (m/z) Filter23fungiert.
Darüber hinaus ermöglichen diese Techniken die Trennung von rotationsmäßigen Quantenzuständen24,25. Da die Bodenrotationszustände (blaue Kurven in den Abbildungen 1a und 1b) die größte Starkverschiebung aufweisen, werden diese am meisten abgelenkt und können räumlich von Molekülen in höheren J-Zuständen 17getrennt werden. Der kälteste Teil eines Molekularstrahls kann daher ausgewählt werden, was bei vielen Anwendungen, wie der Ausrichtung und Ausrichtung der Zielmoleküle17, 26-28,wesentlich hilft.
In diesem Beitrag zeigen wir, wie eine elektrostatische Umlenkvorrichtung verwendet werden kann, um verschiedene Arten großer polarer Moleküle und Cluster räumlich zu trennen. Es werden Beispieldaten für die Herstellung eines reinen Strahls eines einzelnen Konformers und eines solute-lösemittelförmigen Clusters von genau definierter Größe und Verhältnis dargestellt. Insbesondere stellen wir Daten zu 3-Fluorphenol vor, bei dem ein reiner Strahl erzeugt wird, der nur den Transkonformer enthält, und über Indole-Wasser-Cluster, bei denen der Indole(H2O)1-Cluster räumlich vom Wasser, inder, indole,indole(H2O)2 usw.getrennt werden kann.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="687">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Vacuum system</td>
			<td style="width:175px;">various, e.g. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:177px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Dye laser system</td>
			<td style="width:175px;">various, e.g. Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes&#8230;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pulsed valve</td>
			<td style="width:175px;">Even-Lavie</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">High voltage power supply</td>
			<td style="width:175px;">eg. FUG</td>
			<td style="width:119px;">HCP 14-20000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Deflector</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Time-of-flight spectrometer</td>
			<td style="width:175px;">Jordan TOF</td>
			<td style="width:119px;">C-677</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TOF power supply</td>
			<td style="width:175px;">Jordan TOF</td>
			<td style="width:119px;">D-603</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Focusing lens</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Thorlabs</td>
			<td>LA4745</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Translation stage</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Vision Lasertechnik</td>
			<td style="width:119px;">8MT167-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Digitizer</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Agilent</td>
			<td style="width:119px;">Acquiris DC440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Digital delay generator</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Stanford Systems</td>
			<td style="width:119px;">SRS DG645</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Molecular beam skimmer</td>
			<td style="width:175px;">Beam Dynamics Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.beamdynamicsinc.com/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

spatial separation of molecular conformers and clusters

Gasphasen-Molekularphysik und physikalische Chemieexperimente verwenden häufig Überschallerweiterungen durch gepulste Ventile zur Herstellung kalter molekularer Strahlen. Diese Strahlen enthalten jedoch oft mehrere Konformer und Cluster, selbst bei niedrigen Rotationstemperaturen. Wir stellen eine experimentelle Methodik vor, die die räumliche Trennung dieser Bestandteile einer molekularen Strahlexpansion ermöglicht. Mit Hilfe eines elektrischen Deflektors wird der Strahl durch sein Massen-Dipol-Momentverhältnis getrennt, analog zu einem Biege- oder einem elektrischen Sektor-Massenspektrometer, das geladene Moleküle auf der Grundlage ihres Massen-Zu-Lade-Verhältnisses räumlich dispergiert. Dieser Deflektor nutzt den Stark-Effekt in einem inhomogenen elektrischen Feld aus und ermöglicht die Trennung einzelner Arten polarer neutraler Moleküle und Cluster. Darüber hinaus ermöglicht es die Auswahl des kältesten Teils eines molekularen Strahls, da niedrigenergetische Rotationsquantenzustände in der Regel die größte Durchbiegung erfahren. Verschiedene strukturelle Isomere (Konformer) einer Art können durch die unterschiedliche Anordnung funktioneller Gruppen getrennt werden, was zu unterschiedlichen Dipolmomenten führt. Diese werden vom elektrostatischen Deflektor zur Herstellung einer konformational reinen Probe aus einem Molekularstrahl genutzt. In ähnlicher Weise können spezifische Cluster-Stoichiometrien ausgewählt werden, da das Masse- und Dipolmoment eines bestimmten Clusters vom Grad der Lösung um das übergeordnete Molekül abhängt. Dies ermöglicht Experimente an bestimmten Clustergrößen und -strukturen und ermöglicht die systematische Untersuchung der Lösung neutraler Moleküle.

Die elektrostatische Umlenktechnik wurde erfolgreich auf die Trennung von Strukturisomern16 und neutralen Clustern21angewendet, sowie auf die Produktion von rotationsquantenzustandsausgewählten molekularen Proben31. Wir zeigen dies mit repräsentativen Ergebnissen für die Trennung von cis und trans conformers von 3-Fluorphenol und Größe ausgewählt indole(H2O)n Cluster.
3-Fluorophenol-Konformer wurden in einem Molekul...

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Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Wir präsentieren eine Technik, die die räumliche Trennung verschiedener Konformer oder Cluster ermöglicht, die in einem molekularen Strahl vorhanden sind. Ein elektrostatischer Deflektor wird verwendet, um Arten durch ihr Massen-Dipol-Momentverhältnis zu trennen, was zur Produktion von Gasphasen-Ensembles eines einzelnen Konformators oder Clusterstoichiometrie führt.

Räumliche Trennung von molekularen Konformen und Clustern

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

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Serie: Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy and dynamics1-4. Fundamental studies of photoionization processes of biomolecules provide information about the electronic structure of these systems. Furthermore determinations of ionization energies and other properties of biomolecules in the gas phase are not trivial, and these experiments provide a platform to generate these data. We have developed a thermal vaporization technique coupled with supersonic molecular beams that provides a gentle way to transport these species into the gas phase. Judicious combination of source gas and temperature allows for formation of dimers and higher clusters of the DNA bases. The focus of this particular work is on the effects of non-covalent interactions, i.e., hydrogen bonding, stacking, and electrostatic interactions, on the ionization energies and proton transfer of individual biomolecules, their complexes and upon micro-hydration by water1, 5-9.
We have performed experimental and theoretical characterization of the photoionization dynamics of gas-phase uracil and 1,3-dimethyluracil dimers using molecular beams coupled with synchrotron radiation at the Chemical Dynamics Beamline10 located at the Advanced Light Source and the experimental details are visualized here. This allowed us to observe the proton transfer in 1,3-dimethyluracil dimers, a system with pi stacking geometry and with no hydrogen bonds1. Molecular beams provide a very convenient and efficient way to isolate the sample of interest from environmental perturbations which in return allows accurate comparison with electronic structure calculations11, 12. By tuning the photon energy from the synchrotron, a photoionization efficiency (PIE) curve can be plotted which informs us about the cationic electronic states. These values can then be compared to theoretical models and calculations and in turn, explain in detail the electronic structure and dynamics of the investigated species 1, 3.

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

A molecular beam coupled to tunable vacuum ultraviolet photoionization mass spectrometer at a synchrotron provides a convenient tool to explore the electronic structure of isolated gas phase molecules and clusters. Proton transfer mechanisms in DNA base dimers were elucidated with this technique.

Molecular Beam Massenspektrometrie mit Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotronstrahlung

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy ...

Forschung

Ingenieurwesen

Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. Thus, understanding of spatial variations in composition as well as electrical properties of OPV materials is of paramount importance for moving PV technology forward.1,2 In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution. Currently, materials properties measurements performed using commercially available AFM-based techniques (PeakForce, conductive AFM) generally provide only qualitative information. The values for resistance as well as Young's modulus measured using our method on the prototypical ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM system correspond well with literature data. The P3HT:PC61BM blend separates onto PC61BM-rich and P3HT-rich domains. Mechanical properties of PC61BM-rich and P3HT-rich domains are different, which allows for domain attribution on the surface of the film. Importantly, combining mechanical and electrical data allows for correlation of the domain structure on the surface of the film with electrical properties variation measured through the thickness of the film.

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution.

Concurrent Quantitative Leitfähigkeit und mechanische Eigenschaften Measurements of Organic Photovoltaic Materials mittels AFM

Organic photovoltaic  (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale  inhomogeneity of OPV materials affects performance ...

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

In recent years &pi;-conjugated organic semiconductors have emerged as the active material in a number of diverse applications including large-area, low-cost displays, photovoltaics, printable and flexible electronics and organic spin valves. Organics allow (a) low-cost, low-temperature processing and (b) molecular-level design of electronic, optical and spin transport characteristics. Such features are not readily available for mainstream inorganic semiconductors, which have enabled organics to carve a niche in the silicon-dominated electronics market. The first generation of organic-based devices has focused on thin film geometries, grown by physical vapor deposition or solution processing. However, it has been realized that organic nanostructures can be used to enhance performance of above-mentioned applications and significant effort has been invested in exploring methods for organic nanostructure fabrication.	
A particularly interesting class of organic nanostructures is the one in which vertically oriented organic nanowires, nanorods or nanotubes are organized in a well-regimented, high-density array. Such structures are highly versatile and are ideal morphological architectures for various applications such as chemical sensors, split-dipole nanoantennas, photovoltaic devices with radially heterostructured "core-shell" nanowires, and memory devices with a cross-point geometry. Such architecture is generally realized by a template-directed approach. In the past this method has been used to grow metal and inorganic semiconductor nanowire arrays. More recently &pi;-conjugated polymer nanowires have been grown within nanoporous templates. However, these approaches have had limited success in growing nanowires of technologically important &pi;-conjugated small molecular weight organics, such as tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), rubrene and methanofullerenes, which are commonly used in diverse areas including organic displays, photovoltaics, thin film transistors and spintronics.	
Recently we have been able to address the above-mentioned issue by employing a novel "centrifugation-assisted" approach. This method therefore broadens the spectrum of organic materials that can be patterned in a vertically ordered nanowire array. Due to the technological importance of Alq3, rubrene and methanofullerenes, our method can be used to explore how the nanostructuring of these materials affects the performance of aforementioned organic devices. The purpose of this article is to describe the technical details of the above-mentioned protocol, demonstrate how this process can be extended to grow small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates and finally, to discuss the critical steps, limitations, possible modifications, trouble-shooting and future applications.

We report a simple method for fabricating an ultrahigh density array of vertically ordered small-molecular organic nanowires. This method allows for synthesis of complex heterostructured hybrid nanowire geometries, which can be inexpensively grown on arbitrary substrates. These structures have potential applications in organic electronics, optoelectronics, chemical sensing, photovoltaics and spintronics.

Ultrahigh Density Array von vertikal ausgerichteten Klein-molekulare organische Nanodrähte auf beliebige Untergründe

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement is used. Here we operate a Nd:YAG laser at a frequency of 10 Hz at the fundamental wavelength of 1,064 nm. The 14 nsec pulses with anenergy of 190 mJ/pulse are focused to a 50 &#181;m spot size to generate a plasma from optical breakdown or laser ablation in air. The microplasma is imaged onto the entrance slit of a 0.6 m spectrometer, and spectra are recorded using an 1,800 grooves/mm grating an intensified linear diode array and optical multichannel analyzer (OMA) or an ICCD. Of interest are Stark-broadened atomic lines of the hydrogen Balmer series to infer electron density. We also elaborate on temperature measurements from diatomic emission spectra of aluminum monoxide (AlO), carbon (C2), cyanogen (CN), and titanium monoxide (TiO).
The experimental procedures include wavelength and sensitivity calibrations. Analysis of the recorded molecular spectra is accomplished by the fitting of data with tabulated line strengths. Furthermore, Monte-Carlo type simulations are performed to estimate the error margins. Time-resolved measurements are essential for the transient plasma commonly encountered in LIBS.

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Time-resolved atomic and diatomic molecular species are measured using LIBS. The spectra are collected at various time delays following the generation of optical breakdown plasma with Nd:YAG laser radiation&#160;and are analyzed to infer electron density and temperature.

Messung und Analyse von atomarem Wasserstoff und Zweiatomige Molekulare AlO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, und TiO Spektren nach Laser-induzierten Breakdown Optical

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement ...

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The characteristics of the C84-embedded Si surface, such as atomic resolution topography, local electronic density of states, band gap energy, field emission properties, nanomechanical stiffness, and surface magnetism, were examined using a variety of surface analysis techniques under ultra, high vacuum (UHV) conditions as well as in an atmospheric system. Experimental results demonstrate the high uniformity of the C84-embedded Si surface fabricated using a controlled self-assembly nanotechnology mechanism, represents an important development in the application of field emission display (FED), optoelectronic device fabrication, MEMS cutting tools, and in efforts to find a suitable replacement for carbide semiconductors. Molecular dynamics (MD) method with semi-empirical potential can be used to study the nanoindentation of C84-embedded Si substrate. A detailed description for performing MD simulation is presented here. Details for a comprehensive study on mechanical analysis of MD simulation such as indentation force, Young&#39;s modulus, surface stiffness, atomic stress, and atomic strain are included. The atomic stress and von-Mises strain distributions of the indentation model can be calculated to monitor deformation mechanism with time evaluation in atomistic level.

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

This paper reports the nanomaterial fabrication of a fullerene Si substrate inspected and verified by nanomeasurements and molecular dynamic simulation.

Probing C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si-Substrat mit Hilfe der Rastersondenmikroskopie und Molecular Dynamics

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

Nanostrukturierte Ag-Zeolith-Komposite als Lumineszenz-basierte Feuchtigkeitssensoren

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy of N-polar InAlN-barrier High-electron-mobility Transistors

Plasma-assisted molecular beam epitaxy is well suited for the epitaxial growth of III-nitride thin films and heterostructures with smooth, abrupt interfaces required for high-quality high-electron-mobility transistors (HEMTs). A procedure is presented for the growth of N-polar InAlN HEMTs, including wafer preparation and growth of buffer layers, the InAlN barrier layer, AlN and GaN interlayers and the GaN channel. Critical issues at each step of the process are identified, such as avoiding Ga accumulation in the GaN buffer, the role of temperature on InAlN compositional homogeneity, and the use of Ga flux during the AlN interlayer and the interrupt prior to GaN channel growth. Compositionally homogeneous N-polar InAlN thin films are demonstrated with surface root-mean-squared roughness as low as 0.19 nm and InAlN-based HEMT structures are reported having mobility as high as 1,750 cm2/V&#8729;sec for devices with a sheet charge density of 1.7 x 1013 cm-2.

Molecular beam epitaxy is used to grow N-polar InAlN-barrier high-electron-mobility transistors (HEMTs). Control of the wafer preparation, layer growth conditions and epitaxial structure results in smooth, compositionally homogeneous InAlN layers and HEMTs with mobility as high as 1,750 cm2/V&#8729;sec.

Plasmagestützte Molecular Beam Epitaxy von N-polar InAlN-Barriere Hochelektronenmobilität Transistoren

Plasma-assisted molecular beam epitaxy is well suited for the epitaxial growth of III-nitride thin films and heterostructures with smooth, abrupt ...

An Analog Macroscopic Technique for Studying Molecular Hydrodynamic Processes in Dense Gases and Liquids

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a standard fluid dynamic diagnostic, particle image velocimetry (PIV), to measure: i) velocities of individual particles (grains), extant on short, grain-collision time-scales, ii) velocities of systems of particles, on both short collision-time- and long, continuum-flow-time-scales, iii) collective hydrodynamic modes known to exist in dense molecular fluids, and iv) short- and long-time-scale velocity autocorrelation functions, central to understanding particle-scale dynamics in strongly interacting, dense fluid systems. The basic system is composed of an imaging system, light source, vibrational sensors, vibrational system with a known media, and PIV and analysis software. Required experimental measurements and an outline of the theoretical tools needed when using the analog technique to study molecular-scale hydrodynamic processes are highlighted. The proposed technique provides a relatively straightforward alternative to photonic and neutron beam scattering methods traditionally used in molecular hydrodynamic studies.

An experimentally accessible analog method for studying molecular hydrodynamic processes in dense fluids is presented. The technique uses particle image velocimetry of vibrated, high-restitution grain piles and allows direct, macroscopic observation of dynamical processes known and predicted to exist in strongly interacting, high density gases and liquids.

Eine analoge makroskopischen Technik für das Studium molekulare hydrodynamische Prozesse in dichten Gasen und Flüssigkeiten

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a ...

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device applications. Zinc oxide (ZnO), a semiconductor with a wide bandgap (3.4 eV) and high electron saturation velocity has gained a great deal of attention as an attractive material for high speed devices. Efficient gate modulation, however, requires high-quality Schottky contacts on the barrier layer. In this article, we present our Schottky diode fabrication procedure on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructure with high density 2DEG which is achieved through strain modulation and incorporation of a few percent Be into the MgZnO-based barrier during growth by molecular beam epitaxy (MBE). To achieve high crystalline quality, nearly lattice-matched high-resistivity GaN templates grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) are used as the substrate for the subsequent MBE growth of the oxide layers. To obtain the requisite Zn-polarity, careful surface treatment of GaN templates and control over the VI/II ratio during the growth of low temperature ZnO nucleation layer are utilized. Ti/Au electrodes serve as Ohmic contacts, and Ag electrodes deposited on the O2 plasma pretreated BeMgZnO surface are used for Schottky contacts.

Attainment of high-quality Schottky contacts is imperative for achieving efficient gate modulation in heterostructure field effect transistors (HFETs). We present the fabrication methodology and characteristics of Schottky diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructures with high-density two dimensional electron gas (2DEG), grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy on GaN templates.

Herstellung von Schottky-Dioden auf Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostruktur gewachsen durch Plasmaunterstützte Molekularstrahl-Epitaxie

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...

Assembling Molecular Shuttles Powered by Reversibly Attached Kinesins

This protocol describes how to create kinesin-powered molecular shuttles with a weak and reversible attachment of the kinesins to the surface. In contrast to previous protocols, in this system, microtubules recruit kinesin motor proteins from solution and place them on a surface. The kinesins will, in turn, facilitate the gliding of the microtubules along the surface before desorbing back into the bulk solution, thus being available to be recruited again. This continuous assembly and disassembly leads to striking dynamic behavior in the system, such as the formation of temporary kinesin trails by gliding microtubules.
Several experimental methods will be described throughout this experiment: UV-Vis spectrophotometry will be used to determine the concentration of stock solutions of reagents, coverslips will first be ozone and ultraviolet (UV) treated and then silanized before being mounted into flow cells, and total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy will be used to simultaneously image kinesin motors and microtubule filaments.

We present a protocol to build molecular shuttles, where surface-adhered kinesin motor proteins propel dye-labelled microtubules. Weak interactions of the kinesins with the surface enables their reversible attachment to it. This creates a nanoscale system which exhibits dynamic assembly and disassembly of its components while retaining its functionality.

Montage von molekularen Shuttles Powered by reversibel befestigt Kinesine

This protocol describes how to create kinesin-powered molecular shuttles with a weak and reversible attachment of the kinesins to the surface. In contrast ...