Agradecemos la ayuda de Rolf Follath, Hübel Roland, Möhler K., Inosov Dmytro, Fink Jörg, Koitzsch Andreas, Büchner Bernd, Varykhalov Andrei, Rienks Emile, Rader Oliver, Thirupathaiah Setti, Vyalikh Denis, Molodtsov Sergey, Laubschat Clemens, Ramona Weber, Hermann Dürr, Eberhardt Wolfgang Jung Christian, Blume Thomas, Gerd Reichardt, Batchelor David, Godehusen Kai, Knüpfer Martin, Leßny Stefan, Lindackers Dirk, Leger Stefan, Voigtländer Ralf, Schönfelder Ronny, que concibió el &quot;1-cubo&quot; proyecto , diseñado, construido y puesto en servicio la línea de luz y final estación, así como apoyo organizativo y el usuario. El proyecto &quot;1-cubo ARPES&quot; ​​ha sido financiado por el BMBF subvención &quot;ARPES alta resolución&quot;, así como directamente por BESSYII y IFW Dresden-. Esta obra en particular fue apoyada por el programa prioritario DFG SPP1458, otorga ZA 654/1-1, BO1912/3-1 y BO1912/2-2. CE y th BPDANK la Facultad de Ciencias de la Universidad de Johannesburgo para la financiación de viajes. AV, RF y MC reconocer el apoyo de la UE en el marco -FP7/2007-2013 acuerdo de subvención N. 264098 - MAMA.

1. Montaje de la muestra <ol><li> Este experimento utiliza la radiación sincrotrón producida por el anillo de almacenamiento BESSY de Helmholtz-Zentrum de Berlín. Los fotones viajan una línea de luz a nuestra estación final donde se monta una muestra. </li><li> Comienza con un único cristal del material a investigar, aquí rutenato de estroncio. Use a base de plata epoxi para pegar la muestra en el soporte de la muestra. El epoxi a base de plata asegura un buen contacto térmico y eléctrico. </li><li> Pegamento de aluminio superior a posteriori a la superficie del cristal único. El post-top se utilizará para escindir la muestra en ultra-alto vacío para exponer una superficie atómicamente limpia. </li><li> Montar el soporte de la muestra en la esclusa de carga. </li></ol> 2. El logro de ultra alto vacío y aislamiento térmico <ol><li> Comenzar a evacuar la esclusa de carga para minimizar la contaminación de la cámara de vacío ultra-alto. </li><li> Controlar la presión. Una vez que una presión de aproximadamente 10 -8 mbar ha sidologrado, transferir el conjunto a la cámara de preparación, y posteriormente a la principal chamber.The dedo frío y el portamuestras han sido especialmente diseñados para garantizar el contacto térmico mejor posible con la olla de helio. </li><li> Estas versiones de demostración muestra cómo se logra esto mediante el uso de superficies cónicas para aumentar el área de contacto. Las superficies cónicas se presionan uno contra otro y el soporte de la muestra y el dedo frío se fijan firmemente en su lugar con una tuerca y un tornillo de titanio. </li></ol> 3. Posicionamiento y enfriando la muestra <ol><li> El siguiente paso es orientar la muestra dentro del dedo frío a lo largo del acimut utilizando el brazo de transferencia. Fijar la posición de la muestra apretando la tuerca mientras se aplica una fuerza contraria con el brazo de soporte unido al lado opuesto de la cámara. </li><li> Cleave la muestra moviendo el manipulador hacia arriba de modo que la parte superior-posterior se elimina por la interacción con el brazo de soporte. </li><li> Con el obturador del haz cerrada, mover la muestra en la posición en la línea de luz usando el manipulador. Una vez que la muestra esté en su lugar, asegúrese de que los cryoshields están cerradas correctamente. </li><li> Iniciar el bombeo en el pozo 1-K y hacer circular el gas de helio-3 con el fin de enfriar la muestra a la temperatura base. La temperatura se mide cerca de la muestra y no va a cambiar durante el experimento. </li><li> Abrir el obturador del haz de la línea de luz. Utilizar los tornillos micrométricos en el aparato para ajustar la posición de la muestra de modo que está en el foco de la lente analizador. Este ajuste es crucial. </li></ol> 4. Recopilación de datos <ol><li> Una vez que la instalación esté lista, cambiar al modo de ángulo resuelto del analizador y registre el espectro en el modo de barrido. Esto generará datos de dos dimensiones angulares de energía parcelas. </li><li> Construir un mapa de la superficie de Fermi utilizar los datos. Seleccionar los ángulos polares que corresponden a los pasos a nivel de Fermi para el estudio de la superconducting brecha de rutenato estroncio. </li><li> Record espectros de alta resolución en los ángulos polares escogidos por encima y por debajo de la temperatura de transición superconductora de rutenato de estroncio para investigar el comportamiento de la brecha superconductor. </li></ol>

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	<li>Borisenko, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-Sign+Order+Parameter+in+Iron+Based+Superconductor.">One-Sign Order Parameter in Iron Based Superconductor.</a> Symmetry. 4, 251-264 (2012).</li><li>Maeno, Y., Hashimoto, H., Yoshida, K., Nishizaki, S., Fujita, T., Bednorz, J. G., Lichtenberg, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superconductivity+in+a+layered+perovskite+without+copper.">Superconductivity in a layered perovskite without copper.</a> Nature (London). 372, 532 (1994).</li><li>Singh, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+of+Sr2RuO4+to+the+superconducting+layered+cuprates.">Relationship of Sr2RuO4 to the superconducting layered cuprates.</a> Phys. Rev. B. 52, 1358 (1995).</li><li>Zabolotnyy, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+and+bulk+electronic+structure+of+the+unconventional+superconductor+Sr2RuO4:+unusual+splitting+of+the+&#946;+band.">Surface and bulk electronic structure of the unconventional superconductor Sr2RuO4: unusual splitting of the &#946; band.</a> New Journal of Physics. 14, 63039 (2012).</li><li>St&#246;we, K., Wagner, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+Structure+and+Calculated+Electronic+Band+Structure+of+ZrTe3.">Crystal Structure and Calculated Electronic Band Structure of ZrTe3.</a> Journal of Solid State Chemistry. 138, 160-168 (1998).</li><li>Zabolotnyy, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Momentum+and+temperature+dependence+of+renormalization+effects+in+the+high-temperature+superconductor+YBa2Cu3O7-&#948;.">Momentum and temperature dependence of renormalization effects in the high-temperature superconductor YBa2Cu3O7-&#948;.</a> Phys. Rev. B. 76, 064519 (2007).</li><li>Zabolotnyy, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disentangling+surface+and+bulk+photoemission+using+circularly+polarized+light.">Disentangling surface and bulk photoemission using circularly polarized light.</a> Phys. Rev. B. 76, 024502 (2007).</li><li>Kordyuk, A. A., Borisenko, S. V., Kim, T. K., Nenkov, K. A., Knupfer, M., Fink, J., Golden, M. S., Berger, H., Follath, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Origin+of+the+Peak-Dip-Hump+Line+Shape+in+the+Superconducting-State+(&#960;,0)+Photoemission+Spectra+of+Bi2Sr2CaCu2O8.">Origin of the Peak-Dip-Hump Line Shape in the Superconducting-State (&#960;,0) Photoemission Spectra of Bi2Sr2CaCu2O8.</a> Phys. Rev. Lett. 89, 077003 (2002).</li><li>Inosov, D. S., Fink, J., Kordyuk, A. A., Borisenko, S. V., Zabolotnyy, V. B., Schuster, R., Knupfer, M., B?chner, B., Follath, R., D?rr, H. A., Eberhardt, W., Hinkov, V., Keimer, B., Berger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Momentum+and+Energy+Dependence+of+the+Anomalous+High-Energy+Dispersion+in+the+Electronic+Structure+of+High+Temperature+Superconductors.">Momentum and Energy Dependence of the Anomalous High-Energy Dispersion in the Electronic Structure of High Temperature Superconductors.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 237002 (2007).</li><li>Inosov, D. S., Schuster, R., Kordyuk, A. A., Fink, J., Borisenko, S. V., Zabolotnyy, V. B., Evtushinsky, D. V., Knupfer, M., B?chner, B., Follath, R., Berger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitation+energy+map+of+high-energy+dispersion+anomalies+in+cuprates.">Excitation energy map of high-energy dispersion anomalies in cuprates.</a> Phys. Rev. B. 77, 212504 (2008).</li><li>H&#252;fner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Photoelectron Spectroscopy, Principles and Applications. , (1996).</li></ol>

No hay conflictos de interés declarado.

Como se muestra anteriormente, el método implementado es muy eficiente en el estudio de la estructura electrónica de baja energía de los cristales individuales. Recientes mejoras instrumentales han convertido ARPES de una simple y una herramienta de mapeo de banda en una sofisticada muchos cuerpos espectroscopia. Un experimento moderno proporciona información acerca de la estructura electrónica de un sólido o un objeto de nano-con un nuevo nivel de precisión. El acceso a la superficie de Fermi en el caso de un me...

Hoy en día ARPES es ampliamente utilizado para determinar la estructura electrónica de los sólidos. Por lo general, diferentes variaciones de este método se definen por la fuente de la radiación necesaria para excitar los electrones. Usamos la radiación de sincrotrón, ya que ofrece una oportunidad única para sintonizar la polarización y la energía de excitación de fotones en una amplia gama energética y se caracteriza por la alta intensidad, ancho de banda pequeño (incertidumbre en energía hn) y puede ser enfocado a un haz estrecho para recoger fotoelectrones desde un lugar de unas pocas decenas de micras. La radiación sincrotrón se genera en los anillos de almacenamiento de electrones forzando electrones que circulan en el anillo con una energía del orden de 2 GeV ** para pasar a través de acuerdos periódicos de imanes fuertes (onduladores). El campo magnético desvía los electrones y cuando dichos electrones rápidos cambiar su dirección emiten radiación. Exactamente esta radiación se dirige entonces a la línea de luz así llamado, donde se vuelve monocromatizadapor una rejilla de difracción y enfocada sobre la superficie de la muestra por varios espejos. Hay muchas instalaciones de este tipo en todo el mundo. Nuestra estación final está situado en una de las líneas de luz del anillo de almacenamiento BESSY que pertenece a la Berlín Helmholtz-Zentrum. El corazón de esta instalación ARPES es el analizador de energía de electrones (Figura 1). Dado que estamos interesados ​​en tanto la energía cinética y el ángulo en el que los electrones abandonan la superficie, que es muy conveniente para detectar en una sola medición. Un principio muy simple hace que este enfoque sea una realidad. Como en un experimento básico con una lente óptica, que se centra una onda plana en el punto en el plano focal posterior realizando así la transformación de Fourier espacial, los electrones proyectos ópticas de lentes electrones que dejan la superficie en ángulo en particular a un punto en el plano focal ( Figura 1). De tal manera que el acceso a la dinámica recíproca, es decir, el espacio. La distance desde la dirección hacia adelante en el plano focal corresponde al ángulo y por lo tanto para el impulso de la fotoelectrones. Ahora los electrones tienen que ser analizados en términos de energía. Para ello, la rendija de entrada del analizador hemisférico está colocado exactamente en el plano focal de la lente óptica de electrones. Voltajes en dos hemisferios se eligen de manera que sólo los electrones con una energía cinética determinada (pasa energía) serán guiados exactamente en el medio de los dos hemisferios y la tierra en la línea central del detector de dos dimensiones. Aquellos que son más rápidas llegará al detector más cercano al hemisferio exterior; aquellos que son más lentos serán desviados hacia el hemisferio interno. De tal manera se puede obtener la distribución de la intensidad de fotoemisión como una función de la energía cinética y ángulo simultáneamente. La principal ventaja de nuestro enfoque sobre los métodos existentes es el uso de la 3 Se cryomanipulator. Hay al menos dos razones para llevar a out las mediciones a bajas temperaturas. Cuanto mayor sea la temperatura del material, el más borrosa los estados electrónicos se convierten en energía y el momento. Para determinar la estructura electrónica con alta precisión esta temperatura ampliación tiene que ser evitado. Asimismo, muchas propiedades físicas dependen de la temperatura, algunos fenómenos orden establecido en a bajas temperaturas y el conocimiento de la estructura electrónica en el estado fundamental del sistema, es decir, a T = 0, es de importancia fundamental. Una de las maneras más efectivas para enfriar la muestra hasta décimas de grados Kelvin es Él licuar gas 3. En muchos experimentos que alcanzan temperaturas sub-Kelvin no es un problema, ya que la radiación térmica, el principal enemigo de ultra-bajas temperaturas, pueden ser efectivamente protegidos. Por desgracia, este no es el caso en experimentos de fotoemisión. Tenemos que facilitar el libre acceso de la luz entrante y los electrones salientes. Esto se realiza por ranuras especialmente diseñadas en tres raescudos mediación, que tienen diferentes temperaturas. Con el fin de compensar la carga de calor causado por el haz de fotones y radiación a temperatura ambiente, la potencia de refrigeración del criostato debe ser muy alta. Esto se consigue mediante la velocidad de bombeo muy grande de dos bombas que reducen la presión de vapor por encima del líquido Él 3, enfriando así el dedo frío y la muestra. Las especificaciones de diseño de nuestro sistema de 3 Él lo convierten en el más poderoso de todo el mundo. Es tal vez el único lugar del planeta donde se puede ver una superficie fría 1 K a través de una ventana de la temperatura ambiente, la &quot;fría visible&quot;. El bosquejo de la fotoemisión experimento moderno se muestra en la figura 1. El haz sincrotrón (discontinua línea verde) se ilumina la superficie fría 1 K de la muestra y fotoelectrones excita. Los electrones se prevé que la rendija de entrada del analizador hemisférico, ordenados en términos de ángulo (trazas amarillo, magenta y cian corresponden a difereángulos de inclinación nt) y después se analizan en términos de energía cinética. Figura 2 muestra la distribución de la intensidad típica como una función del ángulo de inclinación y la energía cinética. Tal una distribución de intensidad realidad, se espera que la comparación con los cálculos de estructura de banda de este material muestra (panel derecho). Esta es nuestra ventana al espacio recíproco. Mediante la exploración de tensiones en la lente y de los hemisferios y la rotación de la muestra alrededor del eje vertical (ángulo polar) se puede explorar la amplia gama de energía de unión, así como amplias regiones del espacio recíproco con detalle sin precedentes. En particular, el trazado de la intensidad en el nivel de Fermi en función de ambos componentes del momento en el plano, calculada a partir de los ángulos de inclinación y polar, que tiene acceso directo a la superficie de Fermi (FS). * En &quot;incertidumbre&quot; entendemos mejor estimación del experimentador de lo lejos una cantidad experimental podría ser de la verdad &quot;valor &quot;. ** El anillo de baja energía puede tener una energía de ~ 0,8 GeV, el de alta energía - hasta 8 GeV.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nombre del reactivo / material </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios </td></tr><tr><td> Cristales sueltos de ZrTe 3 y 2 Tise </td><td></td><td></td><td> crecido por el Dr. Helmut Berger, EPFL, Lausana </td></tr><tr><td> Cristales sueltos de Sr 2 RuO 4 </td><td></td><td></td><td> cultivado por el grupo del Dr. Antonio Vecchione </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> MUESTRAS ZrTe 3, Tise 2, Sr 2 RuO 4 </td></tr></tbody></table>

angle-resolved photoemission spectroscopy at ultra-low temperatures

Las propiedades físicas de un material se define por su estructura electrónica. Los electrones en sólidos se caracterizan por la energía (ω) y el impulso (k) y la probabilidad de encontrar en un estado particular con ω dada y k es descrita por la función espectral A. (K, ω) Esta función se puede medir directamente en un experimento basado en el efecto fotoeléctrico bien conocido, para la explicación de que Albert Einstein recibió el Premio Nobel en 1921. En el efecto fotoeléctrico, la luz brilló sobre una superficie expulsa electrones del material. Según Einstein, la conservación de energía permite determinar la energía de un electrón dentro de la muestra, a condición de que la energía de los fotones de luz y la energía cinética de la salida de fotoelectrones son conocidos. La conservación del momento hace que sea posible estimar k relativo a la Momentum de la fotoelectrones midiendo el ángulo en el que la dejó la superficie de fotoelectrones. La versión moderna de esta técnica se conoce como espectroscopia de fotoemisión resuelta en ángulo (ARPES) y explota dos leyes de conservación con el fin de determinar la estructura electrónica, es decir, energía y cantidad de movimiento de los electrones dentro del sólido. Con el fin de resolver los detalles cruciales para la comprensión de los problemas actuales de la física de la materia condensada, tres cantidades deben ser minimizados: * incertidumbre en la energía fotónica, la incertidumbre en la energía cinética de los fotoelectrones y la temperatura de la muestra. En nuestro enfoque se conjugan tres logros recientes en el campo de radiación sincrotrón ciencia de superficies, y criogenia. Usamos la radiación de sincrotrón con energía fotónica sintonizable contribuir una incertidumbre del orden de 1 MeV, un analizador de energía de electrones que detecta las energías cinéticas con una precisión del orden de 1 MeV y un 3 wh Él criostatoich nos permite mantener la temperatura de la muestra por debajo de 1 K. Se discuten los resultados ejemplares obtenidos en monocristales de Sr 2 RuO 4 y otros materiales. La estructura electrónica de este material puede ser determinada con una claridad sin precedentes.

Las temperaturas ultra-bajas de nuestra configuración, junto con la alta resolución de la línea de luz y el analizador nos permite registrar espectros con resolución total muy alta. Esto se ilustra en la Figura 3. La prueba usual de la resolución en energía es medir la anchura del borde de Fermi de un metal. En este caso se trata de un recién evaporó película de indio. La anchura total a media máxima (FWHM) de la gaussiana, que cuando complicado con el paso a la función precisamente describe ...

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Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

El objetivo general de este método es determinar la estructura electrónica de baja energía de los sólidos a bajas temperaturas utilizando Ángulo de resolverse la espectroscopia de fotoemisión con radiación sincrotrón.

De ángulo resuelto espectroscopia de fotoemisión a bajas temperaturas

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

17.5K vistas.  IFW-Dresden. El objetivo general de este método es determinar la estructura electrónica de baja energía de los sólidos a bajas temperaturas utilizando Ángulo de resolverse la espectroscopia de fotoemisión con radiación sincrotrón.

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Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Síntesis y microdifracción a presiones y temperaturas extremas

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Investigación

Ingeniería

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the electronic quantum structure of small systems - including individual atomic dopants in semiconductors. Here we present a capacitance-based method, known as Subsurface Charge Accumulation (SCA) imaging, which is capable of resolving single-electron charging while achieving sufficient spatial resolution to image individual atomic dopants. The use of a capacitance technique enables observation of subsurface features, such as dopants buried many nanometers beneath the surface of a semiconductor material1,2,3. In principle, this technique can be applied to any system to resolve electron motion below an insulating surface.
As in other electric-field-sensitive scanned-probe techniques4, the lateral spatial resolution of the measurement depends in part on the radius of curvature of the probe tip. Using tips with a small radius of curvature can enable spatial resolution of a few tens of nanometers. This fine spatial resolution allows investigations of small numbers (down to one) of subsurface dopants1,2. The charge resolution depends greatly on the sensitivity of the charge detection circuitry; using high electron mobility transistors (HEMT) in such circuits at cryogenic temperatures enables a sensitivity of approximately 0.01 electrons/Hz&frac12; at 0.3 K 5.

Scanning-probe single-electron capacitance spectroscopy facilitates the study of single-electron motion in localized subsurface regions. A sensitive charge-detection circuit is incorporated into a cryogenic scanning probe microscope to investigate small systems of dopant atoms beneath the surface of semiconductor samples.

Sonda de barrido de un solo electrón espectroscopia de capacitancia

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states are indeed the resources for implementing various protocols, ranging from enhanced metrology to quantum communication and computing. A variety of devices can be used to generate non-classical states, such as single emitters, light-matter interfaces or non-linear systems3. We focus here on the use of a continuous-wave optical parametric oscillator3,4. This system is based on a non-linear &#967;2 crystal inserted inside an optical cavity and it is now well-known as a very efficient source of non-classical light, such as single-mode or two-mode squeezed vacuum depending on the crystal phase matching. 
Squeezed vacuum is a Gaussian state as its quadrature distributions follow a Gaussian statistics. However, it has been shown that number of protocols require non-Gaussian states5. Generating directly such states is a difficult task and would require strong &#967;3 non-linearities. Another procedure, probabilistic but heralded, consists in using a measurement-induced non-linearity via a conditional preparation technique operated on Gaussian states. Here, we detail this generation protocol for two non-Gaussian states, the single-photon state and a superposition of coherent states, using two differently phase-matched parametric oscillators as primary resources. This technique enables achievement of a high fidelity with the targeted state and generation of the state in a well-controlled spatiotemporal mode.

We describe the reliable generation of non-Gaussian states of traveling optical fields, including single-photon states and coherent state superpositions, using a conditional preparation method operated on the non-classical light emitted by optical parametric oscillators. Type-I and type-II phase-matched oscillators are considered and common procedures, such as the required frequency filtering or the high-efficiency quantum state characterization by homodyning, are detailed.

Ingeniería de la Luz con la onda continua Optical Parametric Oscillators Estado Quantum

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. At the same time the AFM tip is passivated to prevent unspecific interactions between the tip and the substrate, which is a prerequisite to study single molecules attached to the AFM tip. Analyses to determine the adhesion force, the adhesion length, and the free energy of these molecules on solid surfaces and bio-interfaces are shortly presented and external references for further reading are provided. Example molecules are the poly(amino acid) polytyrosine, the graft polymer PI-g-PS and the phospholipid POPE (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine). These molecules are desorbed from different surfaces like CH3-SAMs, hydrogen terminated diamond and supported lipid bilayers under various solvent conditions. Finally, the advantages of force spectroscopic single molecule experiments are discussed including means to decide if truly a single molecule has been studied in the experiment.

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

Investigando individual molécula de adhesión por espectroscopia de fuerza atómica

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

Resonancia Raman Spectroscopy de nanocables de riesgo y otros sistemas 1D

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we demonstrate an optical spectroscopy method that is capable of resolving spectral features beyond that of the spin fine structure and homogeneous linewidth of single quantum dots (QDs) using a standard, easy-to-use spectrometer setup. This method incorporates both laser and photoluminescence spectroscopy, combining the advantage of laser line-width limited resolution with multi-channel photoluminescence detection. Such a scheme allows for considerable improvement of resolution over that of a common single-stage spectrometer. The method uses phonons to assist in the measurement of the photoluminescence of a single quantum dot after resonant excitation of its ground state transition. The phonon&#39;s energy difference allows one to separate and filter out the laser light exciting the quantum dot. An advantageous feature of this method is its straight forward integration into standard spectroscopy setups, which are accessible to most researchers.

The manuscript describes a method of phonon-assisted quasi-resonant fluorescence spectroscopy that incorporates both laser-limited resolution and photoluminescence (PL) spectroscopy. This method utilizes optical phonons to provide linewidth-limited resolution spectra of atom-like semiconductor structures in the energy domain. The method is also easily realized with a single spectrometer optical spectroscopy setup.

De alta resonancia cuasi-asistida Phonon Resolución espectroscopia de fluorescencia

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted researchers&#39; attention in many fields. Most of the studies focused on macroscopic LCE structures (films, fibers) and their miniaturization is still in its infancy. Recently developed lithography techniques, e.g., mask exposure and replica molding, only allow for creating 2D structures on LCE thin films. Direct laser writing (DLW) opens access to truly 3D fabrication in the microscopic scale. However, controlling the actuation topology and dynamics at the same length scale remains a challenge.
In this paper we report on a method to control the liquid crystal (LC) molecular alignment in the LCE microstructures of arbitrary three-dimensional shape. This was made possible by a combination of direct laser writing for both the LCE structures as well as for micrograting patterns inducing local LC alignment. Several types of grating patterns were used to introduce different LC alignments, which can be subsequently patterned into the LCE structures. This protocol allows one to obtain LCE microstructures with engineered alignments able to perform multiple opto-mechanical actuation, thus being capable of multiple functionalities. Applications can be foreseen in the fields of tunable photonics, micro-robotics, lab-on-chip technology and others.

Free-form Light Actuators &amp;#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

De forma libre actuadores de luz - Fabricación y Control de la Actuación en la escala microscópica

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. Optical property evaluation of thin films and the surfaces of bulk materials is an important step in understanding new optical material systems and their applications. The method presented can estimate thickness, refractive index, and use absorptive properties of materials for detection. This metrology system uses evanescent field-based photoacoustics (EFPA), a field of research based upon the interaction of an evanescent field with the photoacoustic effect. This interaction and its resulting family of techniques allow the technique to probe optical properties within a few hundred nanometers of the sample surface. This optical near field allows for the highly accurate estimation of material properties on the same scale as the field itself such as refractive index and film thickness. With the use of EFPA and its sub techniques such as total internal reflection photoacoustic spectroscopy (TIRPAS) and optical tunneling photoacoustic spectroscopy (OTPAS), it is possible to evaluate a material at the nanoscale in a consolidated instrument without the need for many instruments and experiments that may be cost prohibitive.

Here we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. This technique evanescent field-based photoacoustics can be used to create a photoacoustic metrology system to estimate materials&#39; thicknesses, bulk and thin film refractive indices, and explore their optical properties.

Evanescente de campo Photoacoustics Basado óptico Evaluation: Propiedad en superficies

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. ...

A Simple Dewar/Cryostat for Thermally Equilibrating Samples at Known Temperatures for Accurate Cryogenic Luminescence Measurements

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and a CCD spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, fast sample freezing, fast alignment of the sample, accurate and stable sample temperatures, and small size and portability of the Dewar/cryostat cryogenic unit. When coupled with the fast data acquisition rates of the CCD spectrograph, this Dewar/cryostat is capable of supporting cryogenic luminescence spectroscopic measurements on luminescent samples at a series of known, stable temperatures in the 77-300 K range. A temperature-dependent study of the oxygen quenching of luminescence in a rhodium(III) transition metal complex is presented as an example of the type of investigation possible with this Dewar/cryostat. In the context of this apparatus, a stable temperature for cryogenic spectroscopy means a luminescent sample that is thermally equilibrated with either liquid nitrogen or gaseous nitrogen at a known measureable temperature that does not vary (&#916;T &#60; 0.1 K) during the short time scale (~1-10 sec) of the spectroscopic measurement by the CCD. The Dewar/cryostat works by taking advantage of the positive thermal gradient dT/dh that develops above liquid nitrogen level in the Dewar where h is the height of the sample above the liquid nitrogen level. The slow evaporation of the liquid nitrogen results in a slow increase in h over several hours and a consequent slow increase in the sample temperature T over this time period. A quickly acquired luminescence spectrum effectively catches the sample at a constant, thermally equilibrated temperature.

A simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus comprised of a small fused silica optical Dewar, a thermocouple, and a charge-coupled device (CCD) spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, freezing, and alignment, accurate and stable sample temperatures, and small size/portability.

Un simple Dewar / Criostato para las muestras térmicamente a temperaturas de equilibrar conocidos para mediciones de luminiscencia criogénicos precisos

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and ...

Measuring the Densities of Aqueous Glasses at Cryogenic Temperatures

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid cooling, to prepare the desired cryogenic temperature phase. Microliter to picoliter size drops are cooled by projection into a liquid nitrogen-argon (N2-Ar) mixture. The cryogenic temperature phase of the drop is evaluated using a visual assay that correlates with X-ray diffraction measurements. The density of the liquid N2-Ar mixture is adjusted by adding N2 or Ar until the drop becomes neutrally buoyant. The density of this mixture and thus of the drop is determined using a test mass and Archimedes principle. With appropriate care in drop preparation, management of gas above the liquid cryogen mixture to minimize icing, and regular mixing of the cryogenic mixture to prevent density stratification and phase separation, densities accurate to &#60;0.5% of drops as small as 50 pL can readily be determined. Measurements on aqueous cryoprotectant mixtures provide insight into cryoprotectant action, and provide quantitative data to facilitate thermal contraction matching in biological cryopreservation.

A protocol for determining the vitreous phase densities of micro- to pico-liter size drops of aqueous mixtures at cryogenic temperatures is described.

Medición de las densidades de gafas acuosas a temperaturas criogénicas

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid ...