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Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para investigar la estructura y dinámica del agua superficial en la escala atómica, en cuanto a la proyección de imagen de resolución submolecular, la manipulación molecular y Espectroscopía Vibracional single-bond.

Resumen

Agua/sólido interfaces son ubicuas y desempeñan un papel clave en muchos procesos ambientales, biofísicos y tecnológicos. Resolución de la estructura interna y sondear la dinámica de hidrógeno (H-bond) de las moléculas de agua adsorbidas sobre las superficies sólidas son cuestiones fundamentales de la ciencia del agua, que sigue siendo un gran desafío debido a la masa ligera y pequeña del hidrógeno. Exploración (STM) la microscopia el hacer un túnel es una herramienta prometedora para atacar estos problemas, gracias a sus capacidades de sub-Ångström resolución espacial y sensibilidad vibratoria solo enlace manipulación atómica/molecular. El sistema experimental diseñado consiste en una punta terminada en Cl y una muestra por dosificación agua moléculas en situ sobre Au (111)-apoya las superficies NaCl(001). Las películas aislantes de NaCl electrónicamente separar el agua de los sustratos metálicos, por lo que los orbitales de frontera intrínseca de las moléculas de agua se conservan. Cl-punta facilita la manipulación de las moléculas de agua individuales, así como los orbitarios de agua a la proximidad del nivel de Fermi (EF) que bloquean vía acoplador de punta de agua. Este documento describe los métodos detallados de la proyección de imagen de resolución submolecular, la manipulación atómica/molecular y Espectroscopía Vibracional solo enlace de agua superficial. Estos estudios abren una nueva vía para investigar los sistemas H-consolidado en la escala atómica.

Introducción

Las interacciones del agua con las superficies de materiales sólidos están implicadas en procesos de reacción superficial, tales como photoconversion, electroquímica, catálisis heterogénea, la corrosión y lubricación et al. 1 , 2 , 3 en general, para investigar el agua superficial, espectroscópica y difracción de técnicas se utilizan, como infrarroja y espectroscopia Raman, generación de frecuencia suma (SFG), difracción de rayos x (DRX), resonancia magnética nuclear (RMN), neutrón dispersión4,5,6,7,8. Sin embargo, estos métodos sufren la limitación de resolución espacial, espectral ensanchamiento y con un promedio de efectos.

STM es una técnica prometedora para superar estas limitaciones, que combina el sub-Ångström resolución espacial, la manipulación atómica y la sensibilidad vibratoria solo enlace9,10,11,12 , 13 , 14. desde el comienzo de este siglo, el STM se ha aplicado extensivamente para investigar la estructura y dinámica del agua en las superficies sólidas3,15,16,17, 18,19,20. Además, Espectroscopía Vibracional basada en STM podría obtenerse la conductancia túnel diferencial derivado de la segunda (d2I / dV2), también conocido como electrones inelásticos túnel espectroscopia (IETS). Sin embargo, resolver la estructura interna, es decir, el H-bond direccionalidad y la adquisición confiable Espectroscopía Vibracional del agua son todavía un reto. La principal dificultad radica en que el agua es una molécula cercana shell, cuyos orbitales frontera están muy lejos de la EF, por lo tanto los electrones desde la punta STM pueden túnel apenas en los Estados de resonancia molecular del agua, llevando a la pobre relación señal a ruido de imagen molecular y Espectroscopía Vibracional.

Agua adsorbida en las películas basadas en Au NaCl(001) proporciona un sistema ideal para investigación de escala atómica por STM con la terminada en Cl punta (figura 1a), que se realiza en el 5 K en el entorno de vacío ultraalto (UHV) con una presión de base mejor que 8 × 10-11 mbar. Por un lado, las películas aislantes de NaCl disociar las moléculas de agua electrónicamente desde el sustrato de Au para los orbitarios de la frontera natural de agua se conservan y se prolonga la vida útil de los electrones que residen en el estado de resonancia molecular. Por otro lado, la punta STM efectivamente podría sintonizar los orbitales de frontera de agua hacia el EF via punta de agua, enganche, especialmente cuando la punta es funcionalizada con un átomo de Cl. Estos pasos permiten proyección de imagen orbital de alta resolución y Espectroscopía Vibracional de monómeros de agua y grupos. Además, las moléculas de agua podrían ser manipuladas de forma bien controlada, debido a la fuerte interacción electrostática entre la carga negativa Cl-punta y agua.

En este informe, los procedimientos de preparación de la muestra y la punta terminada en Cl para la investigación de STM se describen en detalle en la sección 1 y 2, respectivamente. En la sección 3, describimos el orbital imaging técnica, por la que se resuelve la direccionalidad del O-H del agua monómero y tetrámero. El IETS mejorado de punta se introduce en la sección 4, que permite la detección de los modos vibracionales de las moléculas de agua en solo enlace límite y determinación de la fuerza de Unión H con alta exactitud de la cambio roja en el estiramiento de oxígeno-hidrógeno frecuencia de agua. En el capítulo 5, nos muestran cómo el tetrámero de agua puede ser construido y cambiado por la manipulación controlada de la punta. Basado en la proyección de imagen orbital, espectroscopia y técnicas de manipulación, se pueden realizar experimentos de substitución isotópica para sondear la naturaleza cuántica de los protones en el agua superficial, como mecánico-cuántica y el movimiento del punto cero.

Protocolo

Nota: Los experimentos se realizan en las moléculas de agua adsorbidas en la película de NaCl(001) Au-apoyada (figura 1a) en el 5 K con un vacío ultraalto (UHV) criogénico STM equipado con regulador electrónico de Nanonis.

1. fabricación de la muestra Experimental

  1. Limpie el cristal solo Au(111)
    1. Bomba de la línea de gas a la presión de ~ 10-7 mbar y luego enjuague la tubería de gas con gas Ar. Ponga el ciclo de la bomba o vaciar tres veces.
      Nota: Cada ciclo de la bomba/descarga toma unos 30 minutos.
    2. Llenar la tubería de gas con Ar gas a la presión de 2 bar, prohibiendo así la atmósfera para permear a través de la línea de gas.
    3. Poner el cristal de Au(111) en el escenario del calentador, que se monta en el manipulador en la cámara UHV (base de presión de 1.4 × 10-10 mbar).
    4. Limpie el cristal solo Au(111) por ciclos de Ar+ ion sputtering durante 15 min (p(Ar) = 5 × 10−5 mbar, 1.0 kV, 6 μA) y posterior recocido en alrededor de 900 K durante 5 minutos.
      Nota: La temperatura de recocido debe ser disminuida lentamente, de lo contrario una alta densidad de bordes de paso se forma en la superficie de Au. 3 - 5 ciclos de pulverización/recocido se utilizan generalmente.
    5. Transferir la muestra de Au(111) a la etapa de exploración de STM y Compruebe la limpieza con STM (recuadro de la figura 1b).
  2. Deposición de NaCl en el sustrato de Au(111)
    1. Desgasificar la fuente de NaCl. Poco a poco aumento de la corriente aplicada en la célula Knudsen hasta que la temperatura de la fuente llega a 670 K. Degas la fuente NaCl varias veces hasta que la presión de la cámara está por debajo de 4 × 10-9 mbar.
      Nota: La tasa de aumento de la corriente depende de la tasa de desgasificación de la fuente de NaCl para mantener la presión de la cámara por debajo de 1 × 10-8 mbar.
    2. Poner la muestra de Au(111) en el manipulador y ajuste la posición de la muestra de Au para hacer la muestra el obturador de la célula Knudsen se enfrentan.
      Nota: La temperatura del sustrato Au(111) podría disminuir por debajo de temperatura ambiente (77-300 K) enfriamiento abajo de la cabeza del manipulador con un flujo continuo de nitrógeno líquido
    3. Aumente la corriente aplicada en la célula Knudsen hasta que la temperatura de la fuente alcanza los 640 K y que el flujo de evaporación estabilizar durante 5 minutos antes de abrir el obturador.
    4. Abra el obturador y depositar NaCl en la muestra de Au(111) celebrada en 290 K durante 2 minutos.
    5. Transferir la muestra de NaCl Au-apoyo al STM en etapa de exploración. Compruebe la cobertura y el tamaño de las islas de NaCl(001) de la bicapa en el substrato Au(111) con STM (figura 1b).
  3. Purificar el agua bajo vacío por ciclos de congelación-descongelación bomba21 para eliminar las impurezas restantes.
    1. Preparar tres adaptadores de sellado de vidrio-UHV. Coloque D2O:HOD:H2O mezcla isotópica soluciones (2 mL) de agua H2O y D2O tres adaptadores por separado y los adaptadores de montaje en la línea de gas (figura 2).
      Nota: Las D2O:HOD:H2O isotópicas mezclas de pueden obtenerse mezclando la alta pureza de H2O y D2O con cantidades iguales bajo oscilación ultrasónico durante 10 minutos.
    2. Congelar el agua líquida con nitrógeno líquido. Asegúrese de que la línea de gas es bombeada a la presión de ~ 10-7 mbar antes de congelarlos.
    3. Abra la válvula sellada por el diafragma y bomba fuera de la atmósfera durante 15 minutos. Luego cierre la válvula de diafragma sellado y descongelar la solución.
      Nota: Las burbujas de Gas evolucionaron de la solución cuando está descongelando.
      PRECAUCIÓN: Deje que el deshielo solvente congelado por sí mismo. Descongelar la solución con baño de agua puede causar el recipiente de vidrio que romper. Para congelar y descongelar rápidamente la solución, sustituir adaptadores de vidrio-UHV con adaptadores de metal-UHV, aunque la solución en el recipiente del metal es invisible.
    4. Repita pasos 1.3.2-1.3.3 hasta no evolucionaron burbujas de gas de la solución como la solución se descongela. Ponga el ciclo hielo-deshielo de bomba de al menos tres veces.
    5. Cierre la válvula de fuelle y dejar la línea de gas en el vacío. A continuación abra la válvula de diafragma sellado y deje que el vapor de agua llena en la línea de gas.
  4. Dosis agua moléculas en situ en la superficie de la muestra
    1. Disminuir la temperatura de la muestra a 5 K. abrir la válvula de escape lentamente para hacer la presión de la cámara UHV STM aumentar a 2 × 10-10 mbar.
      Nota: Las moléculas de agua fluyen hacia la cámara UHV por el tubo de dosificación, que apunta a la persiana del escudo. La distancia entre el obturador y la muestra (en el escudo) es de unos 6 cm. La presión base de cámara de STM son mejores que 7 × 10-11 mbar. La tasa de deposición es 0.01 bicapa min-1.
    2. Abra el obturador. Las moléculas de agua sobre la superficie de NaCl Au-apoyado por 1 min de la dosis. Luego, cierre el obturador y la válvula de escape.
    3. Compruebe la cobertura de las moléculas de agua en la superficie de apoyo de Au NaCl(001) con STM. Forma de monómeros de agua aisladas en la superficie de la muestra (figura 1c).

2. preparación de la punta terminada en Cl

  1. Fabricar una punta de electroquímicamente grabado tungsteno (W).
    1. Coloque el cable de 0,3 mm de ancho en una solución de grabado de Mol/L NaOH 3 con una longitud inmersión de unos 2 mm.
    2. Se aplica un potencial de 5 V dc al cable de W con respecto a un electrodo de platino anillo insertado en la solución de NaOH.
    3. Detener el proceso de grabado cuando cayó el alambre suspendido de W. Limpie la punta W grabado al agua fuerte con agua destilada y etanol. Entonces transfiera la punta W en el escáner.
      Nota: Puede utilizarse la punta W electroquímicamente grabada durante un año antes el cambio.
  2. Aplicar impulsos de tensión (2-10 V) y control chocando procedimientos (0.25-0.4 nm) en la punta STM hasta que los átomos de Cl atómicos de la superficie de NaCl se resuelven.
    Nota: La punta STM es penetra en una región limpia de la superficie Au(111).
  3. Colocar la punta de STM sobre el centro del átomo de Cl uno (figura 3a). Llevar la punta STM desnuda cerca de la superficie de NaCl en proximidad con el punto de ajuste de V = 5 mV y = 5 n A (figura 3b).
  4. Retraer la punta al punto original (figura 3c) y explorar la misma zona. Comprobar la obtención de la Cl-punta resolución mejorada y un átomo de Cl que falta en la imagen STM de NaCl (figura 3d-e).
    Nota: Casos de éxito pueden ocasionalmente ocurrir, por ejemplo, cuando el átomo de Cl no transferir al STM o varios átomos de Cl/Na por adsorción en la punta. Si ocurre esto, repita los pasos 2.2-2.5.

3. proyección de imagen orbital de agua monómero

  1. Forma de la punta STM con pulso de voltaje (2-10 V) y controlado que se caiga (0.25-0.4 nm) procedimientos.
  2. Analizar las moléculas de agua adsorbidas en la superficie de NaCl(001) con 10 nm 10 marco de nm en el 5 K.
  3. Centrará en monómero de agua cada uno y ampliar. Escanear el monómero de agua de una manera sistemática como funciones del sesgo (-400-400 mV) y la corriente de túnel (50-300 pA).
    Nota: Con una punta STM desnuda, el más alto ocupado (HOMO) y más bajos no ocupado (LUMO) orbitales moleculares del agua aparecen en el sesgo positivo y negativo, respectivamente22. Una vez que la punta está terminada en Cl HOMO sólo emerge (figura 4a) y no se observa la característica LUMO en toda la gama accesible de sesgo (de -400 mV a 400 mV). Incluso bajo tensión diagonal más grande, las moléculas de agua será inestables debido a la excitación vibracional.

4. una sola molécula Espectroscopía Vibracional

  1. Configuración del digital lock-in y módulo espectroscopia de polarización (controlador electrónico de Nanonis)
    1. Configuración del módulo espectroscopia diagonal: Seleccione la corriente LIX1 (dI/dV espectros de la señal) y LIX2 (d2I señal de dV2 espectros) canales. Establecer el tiempo de fraguado como 50 ms, y tiempo de integración como la Sra. 300 aumentar el tiempo de integración y tiempos de barrido para obtener espectros de lisos. Ajustar la compensación de Z para la espectroscopia de polarización en las alturas de punta diferentes. Asegúrese de que Z-controlador sistema sostiene y cerradura-ins funciona durante la medición
      Nota: Tiempo de fraguado se define como: el tiempo de espera después de cambiar el sesgo al siguiente nivel y antes de comenzar a adquirir datos para evitar el efecto transitorio inducido por el cambio de sesgo. Tiempo de integración se define como: el tiempo durante el cual los datos son adquiridos y un promedio de.
    2. Configuración del módulo de bloqueo
      Nota: La exploración túnel espectroscopia, dV/dI y d2I dV2 espectros, se adquieren simultáneamente mediante un amplificador lock-in desmodulación el primer y segundo armónicos del túnel actuales, respectivamente.
      1. El sesgo de modular y demodular la corriente. Establecer la frecuencia de modulación como unos pocos cientos Hz y modulación de amplitud como 5-7 mV. Asegúrese de que no hay ningún ruido mecánico y electrónico de la frecuencia de consigna y la segunda frecuencia armónica correspondiente.
      2. Establece la primera fase armónica: Interruptor en el módulo de Z-controlador. Establecer la elevación de la punta a 10 nm y apagar la regeneración. Interruptor al módulo de bloqueo y gire el botón de bloqueo (verde). Haga clic en el primer auto armónico fase y la fase de registro. Repetir la fase de auto por lo menos cinco veces y tomar la media. Luego restar 90 grados desde la fase promedio para la fase de la Unión.
      3. Ajustar la fase del segundo armónica: Colocar la punta de STM en el sustrato de Au(111) e iniciar el barrido de la espectroscopia de polarización desde -1.5 V a 1.5 V. seleccionar el canal 1 LIX y función dY/dX, que juntos demuestran el derivado del espectro de dI/dV. Encontrar una característica prominente pico en el espectro y fijar la energía correspondiente como el sesgo. Activar el bloqueo y mantener el sistema STM en túnel. Haga clic en la fase del segundo armónico del auto por lo menos cinco veces y tomar la media.
        Nota: Puesto que las señales armónicas segunda son generalmente muy débiles, la fase puede variar violentamente. Cuando disminuye la altura de punta para aumentar la intensidad de la señal, la fluctuación de la fase será mucho más pequeña (unos pocos grados) y la fase segunda armónica será más precisa.
  2. SITE mejorado de punta de un monómero de2O de D
    1. Un monómero de agua Cl-punta en el punto V = 100 mV, y la exploración = 50 PA.
    2. Colocar la punta de la Cl en la superficie de NaCl y tomar la espectroscopia de polarización como la señal de fondo. Luego colocar la punta de la Cl en el monómero de agua y empezar el barrido de la espectroscopia de polarización.
    3. Si la dV/dI y d2I / dV2 espectros de agua son rasgos, simplemente seguir el fondo NaCl (azul curvas de la figura 4c-d). Disminuir la altura de la punta girando la Z offset hasta que emergen las características vibracionales en el espectro (rojo curvas de la figura 4c-d).
      Nota: para la medición de la IETS, un tiempo largo (~ 1s) y barridos múltiples son necesarios. Para una D2O del agua monómero, ajustar el rango del sesgo de -360 mV a 360 mV. Agua H2O/HOD monómeros, barrer el sesgo de-475 mV a 475 mV. Comparando con D2O H2O y HOD, monómeros de agua son más fácilmente perturbado e incluso barrido lejos durante la medición de la IETS.
  3. Fuerza en enlace de H
    1. Repita los pasos 4.2.2-4.2.3 y ajustar el rango sesgo de barrido para centrarse en el modo de estiramiento de monómeros de agua. El site de agua D2O H2O y HOD se presentan y discuten en 23.
    2. Obtener la energía de unión de H por convertir el corrimiento al rojo de el OH H-consolidado que frecuencia (en relación con la energía de estiramiento de OH libre) usando esta fórmula:
      ΔH = 1,3 × √Δv (1)
      Nota: ΔH es la energía de la Unión de H, en kJ/mol; Δv es el corrimiento al rojo de el OH estiramiento modo, cm-1. Convertir la unidad de la fuerza de Unión H a meV por: 1kJ/mol = 10.4 meV/átomo. Para aplicar la ecuación 1 a la do modo de estiramiento, la cantidad Δv se debe multiplicar por un factor: v(OH) / v(OD) = 1.3612, donde v(OH) y v(OD) son los OH y OD estirando las frecuencias de la molécula libre de HOD, respectivamente.

5. molecular manipulación

  1. Construcción de un tetrámero de agua (figura 5un)
    1. Explore un área que contiene cuatro monómeros de agua. Colocar la punta de la Cl en la parte superior un monómero en el punto V = 100 mV, y = 50 PA. Disminuir la altura hasta el punto de V = 10 mV y = 150 pA para mejorar la interacción punta-agua.
    2. Mueva la punta del Cl a lo largo de las trayectorias prediseñadas. Luego retraer la punta al punto inicial (mV V = 100, I = 50 pA) y volver a explorar la misma zona para comprobar que está formado el dímero de agua.
    3. Repita los pasos 5.1.1-5.1.2 para formar el trímero de agua y tetrámero.
      Nota: El anterior proceso de manipulación podría ser observado por el regulador de Nanonis (Scan control seguirme módulo). Configuración de la exploración de control seguir me módulo:
      Sesgo: 10 mV
      Velocidad: 500 pm/s
      Ctrl Z consigna: 150 pA
      Interruptor de encendido y apagado-Ctrl Z: verde
      Tiempo de espera: 1s
      Ganancia de corriente: LN 10 ^ 9
      Ruta: Haz clic en el botón grabar y elaborar las trayectorias diseñadas sobre la imagen, luego haga clic en el botón de parada.
      Haga clic en el botón EXECUTE y la punta STM moverá a lo largo de las trayectorias prediseñadas con el punto de referencia en el seguimiento me módulo. Si el monómero de agua no se mueve, disminuir la altura de la punta (menor sesgo y una corriente más grande) durante la manipulación.
  2. Cambio de quiralidad de un tetrámero de agua (figura 6)
    1. Exploración un tetrámero de agua con la punta del Cl. Cambiar el set point a mV V = 5, I = 5 pA y posicione la punta ligeramente del centro del tetrámero de agua.
    2. En el módulo de Z-controlador, definir una distancia para levantar la punta cuando se desconecta el controlador de Z (p. ej., elevación de la punta: -230 pm). Apagar la regeneración Z-controlador. Llevar la punta cerca del tetrámero de agua (~ 230 pm).
    3. Registrar la traza actual, que muestra dos niveles diferentes, indicando que tetrámero ha sufrido la interconversión reversible entre dos H-vinculación quiralidad.
    4. Dejar la corriente en el alto nivel y activar la regeneración de Z-controlador. Retraer la punta al punto original del sistema (V = 5 mV, I = 5 pA). Luego analizar el tetrámero de agua con el punto de V = 10 mV y = 100 pA para comprobar el estado quiral del tetrámero de agua.
    5. Repita los pasos 5.2.1-5.2.4 por lo menos 10 veces para confirmar el estado quiral correspondiente del tetrámero de agua en el alto nivel actual.
    6. Repita los pasos 5.2.1-5.2.4 por lo menos 10 veces, pero deja la corriente en el nivel bajo para comprobar el estado quiral correspondiente del tetrámero de agua.
    7. Registrar el rastro túnel por 20 min, que contiene unos cien eventos de conmutación
    8. Trazar la distribución de los tiempos el tetrámero pasó del nivel bajo y alto de la traza actual, respectivamente.
    9. Ajustar la distribución a un decaimiento exponencial (figura 7). Para obtener el tiempo ajustado constante. Inverso de la constante de tiempo para producir el tipo de conmutación.

Resultados

Figura 1 ilustra el esquema de la instalación experimental de STM. En primer lugar, Au(111) sustrato es limpiado por pulverización y el recocido ciclos en la cámara UHV. El limpia Au(111) muestra 22 × √3 superficie reconstruida, donde los átomos de la capa superficial ocupan el hcp y los sitios de fcc formando estructuras de espina de pescado (el recuadro de la figura 1b). El NaCl es evapo...

Discusión

A prueba la estructura, dinámica y Espectroscopía Vibracional de moléculas de agua adsorbidas en las superficies sólidas, prestando especial atención a los grados de libertad de hidrógeno, algunas medidas experimentales son de importancia crucial, que será discute en los párrafos siguientes.

La proyección de imagen orbital de las moléculas de agua se logra basado en dos pasos. En primer lugar, las películas aislantes de NaCl disociar el agua electrónicamente desde el sustrato de Au...

Divulgaciones

Autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Este trabajo es financiado por la nacional tecla R & D programa bajo 2017YFA0205003 y Grant No. 2016YFA0300901 2016YFA0300903, la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China, bajo la subvención no. 11634001, 11290162/A040106. Y.J. agradece el apoyo Fondo Nacional de ciencia de distinguidos jóvenes estudiosos y Cheung Kong programa jóvenes. J. G. reconoce apoyo del programa posdoctoral Nacional de talentos innovadores.

Materiales

NameCompanyCatalog NumberComments
Au(111) single crystalMaTeckNA
NaClSigma Aldrich450006
Water, deuterium-depleted Sigma Aldrich195294
Deuterium oxide Sigma Aldrich364312
Sealed-off glass-UHV adaptersMDC vacuum products46300
Diaphragm-sealed valveanyNA
Bellows-sealed valveanyNA
Leak valveKurt J. Lesker NA
Scanning tunneling microscopyCreaTecNA
Electronic controller.Nanonis NA
Tungsten wireanydiameter:0.3 mm; purity: 99.95%

Referencias

  1. Thiel, P. A., Madey, T. E. The interaction of water with solid surfaces: Fundamental aspects. Surf. Sci. Rep. 7 (6-8), 211-385 (1987).
  2. Henderson, M. A. The interaction of water with solid surfaces: fundamental aspects revisited. Surf. Sci. Rep. 46 (1-8), 1-308 (2002).
  3. Hodgson, A., Haq, S. Water adsorption and the wetting of metal surfaces. Surf. Sci. Rep. 64 (9), 381-451 (2009).
  4. Brougham, D. F., Caciuffo, R., Horsewill, A. J. Coordinated proton tunnelling in a cyclic network of four hydrogen bonds in the solid state. Nature. 397 (6716), 241-243 (1999).
  5. Andreani, C., Colognesi, D., Mayers, J., Reiter, G. F., Senesi, R. Measurement of momentum distribution of light atoms and molecules in condensed matter systems using inelastic neutron scattering. Adv. Phys. 54 (5), 377-469 (2005).
  6. Shen, Y. R., Ostroverkhov, V. Sum-frequency vibrational spectroscopy on water interfaces: Polar orientation of water molecules at interfaces. Chem. Rev. 106 (4), 1140-1154 (2006).
  7. Soper, A. K., Benmore, C. J. Quantum differences between heavy and light water. Phys. Rev. Lett. 101 (6), 065502 (2008).
  8. Kimmel, G. A., et al. Polarization- and azimuth-resolved infrared spectroscopy of water on TiO2(110): Anisotropy and the hydrogen-bonding network. J. Phys. Chem. Lett. 3 (6), 778-784 (2012).
  9. Eigler, D. M., Schweizer, E. K. Positioning single atoms with as a scanning tunneling microscope. Nature. 344 (6266), 524-526 (1990).
  10. Stroscio, J. A., Eigler, D. M. Atomic and molecular manipulation with the scanning tunneling microscope. Science. 254 (5036), 1319-1326 (1991).
  11. Stipe, B. C., Rezaei, M. A., Ho, W. Single-molecule vibrational spectroscopy and microscopy. Science. 280 (5370), 1732-1735 (1998).
  12. Ho, W. Single-molecule chemistry. J. Chem. Phys. 117 (24), 11033-11061 (2002).
  13. Repp, J., Meyer, G., Stojkovic, S. M., Gourdon, A., Joachim, C. Molecules on insulating films: Scanning-tunneling microscopy imaging of individual molecular orbitals. Phys. Rev. Lett. 94 (2), 026803 (2005).
  14. Weiss, C., Wagner, C., Temirov, R., Tautz, F. S. Direct imaging of intermolecular bonds in scanning tunneling microscopy. J. Am. Chem. Soc. 132 (34), 11864-11865 (2010).
  15. Verdaguer, A., Sacha, G. M., Bluhm, H., Salmeron, M. Molecular structure of water at interfaces: Wetting at the nanometer scale. Chem. Rev. 106 (4), 1478-1510 (2006).
  16. Michaelides, A., Morgenstern, K. Ice nanoclusters at hydrophobic metal surfaces. Nat. Mater. 6 (8), 597-601 (2007).
  17. Feibelman, P. J. The first wetting layer on a solid. Phys. Today. 63 (2), 34-39 (2010).
  18. Carrasco, J., Hodgson, A., Michaelides, A. A molecular perspective of water at metal interfaces. Nat. Mater. 11 (8), 667-674 (2012).
  19. Kumagai, T. Direct observation and control of hydrogen-bond dynamics using low-temperature scanning tunneling microscopy. Prog. Surf. Sci. 90 (3), 239-291 (2015).
  20. Maier, S., Salmeron, M. How does water wet a surface. Acc. Chem. Res. 48 (10), 2783-2790 (2015).
  21. JoVE Science Education Database. . Essentials of Organic Chemistry. Degassing Liquids with Freeze-Pump-Thaw Cycling. JoVE. , (2017).
  22. Guo, J., et al. Real-space imaging of interfacial water with submolecular resolution. Nat. Mater. 13 (2), 184-189 (2014).
  23. Guo, J., et al. Nuclear quantum effects of hydrogen bonds probed by tip-enhanced inelastic electron tunneling. Science. 352 (6283), 321-325 (2016).
  24. Meng, X., et al. Direct visualization of concerted proton tunnelling in a water nanocluster. Nat. Phys. 11 (3), 235-239 (2015).
  25. Thuermer, K., Nie, S. Formation of hexagonal and cubic ice during low-temperature growth. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110 (29), 11757-11762 (2013).
  26. Shiotari, A., Sugimoto, Y. Ultrahigh-resolution imaging of water networks by atomic force microscopy. Nat. Commun. 8, (2017).
  27. Terada, Y., Yoshida, S., Takeuchi, O., Shigekawa, H. Real-space imaging of transient carrier dynamics by nanoscale pump-probe microscopy. Nat. Photonics. 4 (12), 869-874 (2010).
  28. Yoshida, S., et al. Probing ultrafast spin dynamics with optical pump-probe scanning tunnelling microscopy. Nat. Nanotechnol. 9 (8), 588-593 (2014).
  29. Mamin, H. J., et al. Nanoscale nuclear magnetic resonance with a nitrogen-vacancy spin sensor. Science. 339 (6119), 557-560 (2013).
  30. Staudacher, T., et al. Nuclear magnetic resonance spectroscopy on a (5-nanometer)3 sample volume. Science. 339 (6119), 561-563 (2013).
  31. Aslam, N., et al. Nanoscale nuclear magnetic resonance with chemical resolution. Science. 357 (6346), 67-71 (2017).

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