This work was part of the research programme of the Foundation for Fundamental Research on Matter (FOM), which is part of the Netherlands Organisation for Scientific Research (NWO). Authors of this work thank M. J. F. van de Sande for skillful technical assistance, M. A. Verheijen for TEM images, and the group of Tom Gregorkiewicz for PL measurements.

1. Planificación de los experimentos <ol><li> Sintetizar u obtener los nanocristales de interés 13 (Figura 1a). </li><li> Evite cualquier confusión con la señal de fondo, asegurándose de que el material de sustrato no tiene la superposición de picos en el espectro Raman de los nanocristales (Figura 1a). </li><li> Encienda el láser de la configuración de la espectroscopia Raman. Esperar el tiempo suficiente (aproximadamente 15 min) para la intensidad del láser se estabilice. </li><li> Medida una referencia mayor del nanomaterial a analizar 12 (Figura 1b), siguiendo los pasos de medición descritos en el Paso 2. En la posición máxima del material a granel, estimar el cambio relativo 12. </li><li> Estimar la potencia del láser necesaria para mediciones Raman utilizando diferentes poderes sobre los nanocristales que van a medir. Iniciar una medición con la menor potencia posible conseguir señal suficiente (la relación entre la intensidad del pico a laruido de fondo debería ser al menos 50), y aumentar la potencia del láser si es necesario, siempre y cuando la posición y la forma del pico Raman nanocristal permanece misma 12,13. </li></ol> 2. Espectroscopía Raman de nanocristal de interés <ol><li> Cargar la muestra con el polvo de nanocristal depositada sobre el sustrato en la cámara de medición. Nota: Las dimensiones del sustrato no son críticas (puede ser de milímetros a decenas de centímetros), siempre y cuando se ajuste a la etapa de soporte de la muestra. El polvo o el espesor de película fina debería ser al menos decenas de nanómetros tengan señal detectable de Raman espectroscopio. Para la etapa de soporte de sustrato plano, simplemente tomar el sustrato bajo la óptica (Figura 1b). <ol><li> Asegúrese de que el &quot;láser&quot; y las luces &quot;activos&quot; están apagados antes de abrir la puerta con el fin de estar a salvo de la iluminación no deseada del láser operativo. Si estas luces no están apagados, realice las acciones en los pasos 20.5 y 2.6. El signo &quot;enclavamiento&quot; siempre permanece encendida. </li><li> Presione &quot;Liberación de la tapa&quot; y abre la puerta de la cámara de medición, y puso la muestra en la etapa de soporte de la muestra (Figura 1b). </li></ol></li><li> Ajuste el enfoque de la muestra a medir para obtener la mayor señal posible. <ol><li> Seleccione objetivo 50X y se centran en la superficie del polvo nanocristal (Figura 1b). </li><li> Traiga la muestra bajo el enfoque utilizando la dirección z manipulador del portamuestras. Compruebe la claridad de la imagen enfocada desde el punto de vista de la cámara en directo en la pantalla de un ordenador. </li><li> Cierre la puerta de la cámara de medición. </li><li> Retire el obturador haciendo clic en el botón &quot;disparador de salida&quot; del software de Renishaw, y dejar que el brillo de la luz láser en la muestra a medir. Observe que el &quot;láser&quot; y señales &quot;activas&quot; ahora parpadea verde y parpadea rojo, respectivamente. En la imagen en directo desde los sCreen, el láser será visible (Figura 1c). </li><li> A partir de la imagen en vivo, ajustar la concentración de la muestra utilizando el manipulador de la rueda hasta que el punto láser más pequeño, que es el mejor enfoque, se observa en la imagen en vivo. </li></ol></li><li> Configure una medición del software de análisis de Renishaw como se describe a continuación (Figura 1d). <ol><li> De &quot;medición&quot; seleccionar la nueva opción de adquisición espectral. </li><li> En la ventana emergente, establecer el rango de medición de 150 a 700 cm - 1, establecer el tiempo de la medición como 30 segundos, el número total de adquisición como 2x, y el porcentaje de la potencia del láser como 0,5% (de un 25 mW láser) para ser utilizado durante la medición. Acepte los parámetros insertados, y la ventana se cerrará. </li><li> Inicie la medición haciendo clic en el botón de inicio de adquisición en la barra de menú. Durante la medición de la las luces &quot;activas&quot; &quot;láser&quot; y permaneceránen. </li></ol></li><li> No abra la cámara de medición cuando estas luces están encendidas como el láser está en funcionamiento y se realiza la medición. </li><li> Una vez finalizada la medición, puesto que el obturador en haciendo clic en el &quot;disparador en el&quot; botón del software Renishaw. Observe que las luces del &quot;láser&quot; y el &quot;Activo&quot; se apagan. Presione &quot;Liberación de la tapa&quot; y abra la puerta de la cámara de medición. </li><li> Antes de tomar la muestra a cabo, bajar la platina soporte de la muestra con el z-manipulador hasta que haya una distancia de seguridad entre la muestra medida y la superficie de la lente de aumento para eliminar la muestra. Luego, se coloca la muestra de nuevo a su contenedor. </li><li> Apague el láser. </li><li> Guarde los datos en formato de software Renishaw, &quot;.wxd&quot;, y en el formato de archivo de texto &quot;.txt&quot;. Este último se utilizará para el análisis de los datos experimentales. </li></ol> 3. Tamaño DistributDeterminación de ion nanocristal de interés <ol><li> Abrir los archivos de texto de las mediciones para la medición de nanocristales, y la referencia a granel. </li><li> Antes de trazar los datos, suavizar ellos utilizando spline cúbico, y normalizar los datos a 1 en su más alto posiciones de los picos con el fin de tener una buena comparación de los cambios de pico relativas. </li><li> Trazar los datos de nanocristales de silicio y silicio de referencia, determinar la posición del pico de silicio de referencia y calcular la cantidad del cambio, en su caso, desde la posición del pico real de 521 cm-1. 12 A continuación, guarde los datos de nanocristales de silicio procesadas como .txt archivo. </li><li> Iniciar el procedimiento de ajuste. <ol><li> Para el procedimiento de ajuste, escriba la función de ajuste se muestra en la Figura 2f en un programa de análisis, tales como Mathematica. </li><li> Importe los datos normalizados y corregidos como la entrada para el modelo de ajuste no lineal utilizando el comando &quot;Importar&quot;. </li><li> Asegúrese de que el intervalopara la asimetría está entre 0,1 y 1,0, y el intervalo de tamaño medio es de entre 2 nm y 20 nm. </li><li> Si es necesario, inserte pico adicional (s) bajo el pico medido usando la función de ajuste y repita los pasos 3.4.2 y 3.4.3 para adaptarse a otras subsecciones de distribución (s). </li><li> Pulse la tecla &quot;Shift + Enter&quot; para llevar a cabo el procedimiento de ajuste. </li><li> Después de eso, insertar los valores obtenidos para el tamaño medio y la asimetría en la función de distribución genérica predefinida se muestra en la Figura 2b. </li><li> Después de eso, insertar los valores obtenidos para el tamaño medio, D 0, y la asimetría, σ, en la función de distribución genérica predefinida muestra en la Figura 2b. </li><li> Ajuste el límite inferior de la de la integral como 1 nm. Ajuste el límite superior de la integración a cualquier tamaño que no presenta ningún cambio en el espectro de Raman (20 nm de Si-NCS) 12. </li><li> Integrar la función de distribución de la Figura 2b </strong&gt; como una función del tamaño de los nanocristales utilizando la definición de la función integral de un análisis de datos y el trazado de programa mediante el establecimiento de los tamaños inferiores y superiores como límites integrales (1-20 nm de Si-NCS). Terreno Φ (D) vs. D para dar la distribución de tamaños. Alternativamente, encontrar un conjunto de valores de phi (D) para cada valor de D (por ejemplo, de 1 a 20 nm de Si-CN con un incremento de 1 nm) y la trama Φ (D) vs. D, que es el tamaño distribución. </li><li> Si existe una distribución de tamaño multimodal, primero definir los picos que se instalen para otras distribuciones de tamaño. Luego, estimar sus fracciones de volumen de diferentes distribuciones de tamaño con respecto a la otra mediante la búsqueda primero las áreas de cada picos obtenidos después de la deconvolución de los datos de medición (con el procedimiento de determinación de la distribución del tamaño) y luego calculando la relación de área de cada pico con respecto a el total del pico Raman. </li></ol></li></ol>

<ol>
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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+characterization+of+nanocrystal+size+distribution+using+Raman+spectroscopy.">Direct characterization of nanocrystal size distribution using Raman spectroscopy.</a> J. Appl. Phys. 114, 134310 (2013).</li><li>Dog&#774;an, I., Kramer, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh+throughput+plasma+processing+of+free+standing+silicon+nanocrystals+with+lognormal+size+distribution.">Ultrahigh throughput plasma processing of free standing silicon nanocrystals with lognormal size distribution.</a> J. Appl. Phys. 113, 134306 (2013).</li><li>Do&#287;an, &. #. 3. 0. 4. ;., Weeks, S. L., Agarwal, S., van de Sanden, M. C. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modified+phonon+confinement+model+for+Raman+spectroscopy+of+nanostructured+materials.">Modified phonon confinement model for Raman spectroscopy of nanostructured materials.</a> Phys. Rev. B. 82 (11), 115210 (2010).</li><li>Die&#769;guez, A., Romano-Rodr&#305;&#769;guez, A., Vila&#768;, A., Morante, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+complete+Raman+spectrum+of+nanometric+SnO[sub+2]+particles.">The complete Raman spectrum of nanometric SnO[sub 2] particles.</a> J. Appl. Phys. 90 (3), 1550 (2001).</li><li>Bersani, D., Lottici, P. P., Ding, X. -. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phonon+confinement+effects+in+the+Raman+scattering+by+TiO[sub+2]+nanocrystals.">Phonon confinement effects in the Raman scattering by TiO[sub 2] nanocrystals.</a> Appl. Phys. Lett. 72 (1), 73 (1998).</li><li>Lipp, M., Baonza, V. G., Evans, W. J., Lorenzana, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocrystalline+diamond:+Effect+of+confinement,+pressure,+and+heating+on+phonon+modes.">Nanocrystalline diamond: Effect of confinement, pressure, and heating on phonon modes.</a> Phys. Rev. B. 56 (10), 5978-5984 (1997).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Punto de discusión El primero es los pasos críticos en el protocolo. A fin de no tener picos superpuestos con el material de interés, es importante utilizar otro tipo de material de sustrato como se ha mencionado en el paso 1.2. Por ejemplo, si Si-CN son de interés, no utilice sustrato de silicio para las mediciones Raman. En la Figura 1 a, por ejemplo, Si-CN se sintetizaron sobre sustratos de plexiglás, que tiene señal completamente plana más o menos alrededor del rango de i...

Nanocristales semiconductores llaman la atención como sus propiedades electrónicas y ópticas se pueden sintonizar, simplemente cambiando su tamaño en el rango en comparación con sus respectivos radios excitón-Bohr. 1 Estas características dependientes del tamaño únicas hacen estos nanocristales relevante para diversas aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo, los efectos de multiplicación portador, observaron cuando un fotón de alta energía es absorbida por los nanocristales de CdSe, Si, y Ge, puede ser utilizado en el concepto de conversión espectro en aplicaciones de células solares; 2 - emisión óptica 4 o dependiente del tamaño de PBS-CN y Si-CN se pueden utilizar en la emisión de luz de diodo aplicaciones (LED). 5,6 El conocimiento y un control preciso de la distribución del tamaño de nanocristales, por tanto, tendrá un papel determinante en la fiabilidad y el rendimiento de estas aplicaciones tecnológicas basadas en nanocristales. Las técnicas de uso común para el tamaño dISTRIBUCIÓN y morfología análisis de nanocristales puede ser catalogado como difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de transmisión (TEM), espectroscopia de fotoluminiscencia (PL), y espectroscopia Raman. XRD es una técnica cristalográfica que revela información morfológica del material analizado. Desde la ampliación del pico de difracción, estimación del tamaño nanocristales es posible, 7 Sin embargo, la obtención de una información clara es generalmente lento. Por otra parte, XRD sólo puede permitir el cálculo de la media de la distribución del tamaño de nanocristales. En la existencia de distribuciones de tamaño multimodales, análisis de tamaño con DRX puede ser engañosa y dar lugar a interpretaciones erróneas. TEM es una poderosa técnica que permite obtener imágenes de los nanocristales. 8 Aunque TEM es capaz de revelar la presencia de distribuciones individuales en una distribución de tamaño multimodal, tema de preparación de muestras es siempre un esfuerzo para ser gastado antes de las mediciones. Además, trabaja en nano densamente pobladoconjuntos de cristal de diferentes tamaños es un reto debido a la dificultad de las imágenes nanocristales individual. Espectroscopia de fotoluminiscencia (PL) es una técnica de análisis óptico, y nanocristales ópticamente activos puede ser diagnosticada. Distribución de tamaño de Nanocristal se obtiene de la dependiente del tamaño de emisiones. 9 Debido a sus propiedades ópticas pobres de las nanopartículas indirectos Gap Band, grandes nanocristales que no están sujetos al confinamiento efectos, y el defecto rica en pequeñas nanocristales no puede ser detectado por PL y el tamaño observada la distribución se limita solamente a los nanocristales con buenas propiedades ópticas. Aunque cada una de estas técnicas antes mencionadas tiene sus propias ventajas, ninguno de ellos tiene la capacidad de satisfacer las expectativas (es decir, ser rápido, no destructivo, y confiable) técnica de análisis de tamaño de e idealizada. Otro medio de análisis de distribución de tamaño de los nanocristales es la espectroscopia Raman. Espectroscopia Raman es ampliamente disponiblesen la mayoría de los laboratorios, y es una técnica rápida y no destructiva. Además, en la mayoría de los casos, no se requiere preparación de la muestra. Espectroscopia Raman es una técnica de vibración, que se puede utilizar para obtener información sobre los diferentes morfologías (cristalina o amorfa), y la información relacionada con el tamaño (a partir del desplazamiento dependiente del tamaño en los modos fonón que aparecen en el espectro de frecuencia) del material analizado . 10 La característica única de la espectroscopia Raman es que, mientras que los cambios dependientes del tamaño se observan como un cambio en el espectro de frecuencia, la forma del pico de fonones (ampliación, la asimetría) da información sobre la forma de la distribución del tamaño de los nanocristales. Por lo tanto, en principio es posible extraer la información necesaria, es decir, el tamaño medio y el factor de forma, a partir de espectro Raman para obtener la distribución del tamaño de los nanocristales analizados. En el caso de distribuciones de tamaño multimodales sub-distribuciones también se pueden identificar por separado a través deconvolución del espectro experimental Raman. En la literatura, dos teorías se denominan comúnmente para modelar el efecto de la distribución del tamaño de los nanocristales en la forma del espectro de Raman. El modelo polarizabilidad de bonos (BPM) 11 describe la polarizabilidad de un nanocristales de las contribuciones de todos los bonos dentro de ese tamaño. El modelo de confinamiento de fonones de una sola partícula (PCM) 10 utiliza variables físicas dependientes del tamaño, es decir, el impulso de cristal, la frecuencia y la dispersión de fonones, y el grado de confinamiento, para definir el espectro Raman de un nanocristal con un tamaño específico. Dado que estas variables físicas dependen del tamaño, una representación analítica de la PCM que se pueden formulized explícitamente como una función del tamaño nanocristal puede ser definido. Proyección de esta expresión en una función de distribución de tamaño genérica será por lo tanto capaz de tener en cuenta el efecto de la distribución de tamaño dentro de la PCM, que se puede utilizar para determinar la nanocrdistribución de tamaño ystal del espectro experimental Raman. 12

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Raman Spectroscopy</td>
			<td>Renishaw</td>
			<td>In Via</td>
			<td>Equipped with 514 nm Ar ion laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire 3.0</td>
			<td>Renishaw</td>
			<td></td>
			<td>Raman spectroscopy record tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mathematica</td>
			<td>Wolfram</td>
			<td></td>
			<td>For fitting function and size determination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Substrate</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Plexiglass (to avoid signal coincidence with Si-NCs)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Si wafer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Reference to Si-NC peak position</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoluminescence Spectroscopy</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>334 nm Ar laser. For optical size distribution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission Electron Microscopy</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Beam intensity 300 kV. For nanocrystal size and morphology determination.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

characterization of nanocrystal size distribution using raman spectroscopy with a multi-particle phonon confinement model

Análisis de la distribución del tamaño de los nanocristales es un requisito crítico para el procesamiento y la optimización de sus propiedades dependientes del tamaño. Las técnicas comunes que se utilizan para el análisis del tamaño son microscopía electrónica de transmisión (TEM), difracción de rayos X (XRD) y espectroscopia de fotoluminiscencia (PL). Estas técnicas, sin embargo, no son adecuados para el análisis de la distribución del tamaño de los nanocristales de una forma rápida, no destructiva y de manera fiable al mismo tiempo. Nuestro objetivo en este trabajo es demostrar que la distribución del tamaño de los nanocristales semiconductores que están sujetos a los efectos de confinamiento de fonones dependientes del tamaño, se puede estimar cuantitativamente de manera no destructiva, rápida y confiable utilizando espectroscopia Raman. Por otra parte, la distribución de distintos tamaños se pueden separado probaron, y sus respectivas relaciones volumétricas pueden estimarse utilizando esta técnica. Con el fin de analizar la distribución de tamaño, hemos formulized una expresión analítica de PCM de una sola partícula y projected que en una función de distribución genérica que representará a la distribución del tamaño de nanocristales analizada. Como modelo de experimento, hemos analizado la distribución del tamaño de los nanocristales de silicio exentas (Si-CN) con distribuciones de tamaño multimodales. Las distribuciones de talla estimadas están en excelente acuerdo con TEM y PL resultados, revelando la fiabilidad de nuestro modelo.

Para el uso de la espectroscopia Raman como una herramienta de análisis de tamaño, un modelo para extraer la información relacionada con el tamaño de un espectro Raman medido que se necesita. La figura 2 resume el modelo de confinamiento de fonones multi-partícula analítica. Función de confinamiento de fonones 12 All-dependiente del tamaño (Figura 2 c) se proyecta sobre una función de distribución de tamaño genérico (Figura 2 b), que se elige como...

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Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Demostramos cómo determinar la distribución del tamaño de los nanocristales semiconductores de manera cuantitativa mediante espectroscopia Raman que emplea un modelo de confinamiento de fonones de múltiples partículas analíticamente definido. Los resultados obtenidos están en excelente acuerdo con las otras técnicas de análisis de tamaño como microscopía electrónica de transmisión y la espectroscopia de fotoluminiscencia.

Caracterización de Nanocristal distribución por tamaño utilizando espectroscopia Raman con un multi-partícula Phonon Confinamiento Modelo

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

characterization-nanocrystal-size-distribution-using-raman

Research

JoVE Journal

Engineering

13.4K vistas.  Eindhoven University of Technology.  Demostramos cómo determinar la distribución del tamaño de los nanocristales semiconductores de manera cuantitativa mediante espectroscopia Raman que emplea un modelo de confinamiento de fonones de múltiples partículas analíticamente definido. Los resultados obtenidos están en excelente acuerdo con las otras técnicas de análisis de tamaño como microscopía electrónica de transmisión y la espectroscopia de fotoluminiscencia. 

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Controlling the Size, Shape and Stability of Supramolecular Polymers in Water

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do so is highly important in view of a number of applications in functional soft matter including electronics, biomedical engineering, and sensors. In the past, successful strategies to control the size and shape of supramolecular polymers typically focused on the use of templates2,3, end cappers4 or selective solvent techniques5. 
Here we disclose a strategy based on self-assembling discotic amphiphiles that leads to the control over stack length and shape of ordered, chiral columnar aggregates. By balancing electrostatic repulsive interactions on the hydrophilic rim and attractive non-covalent forces within the hydrophobic core of the polymerizing building block, we manage to create small and discrete spherical objects6,7. Increasing the salt concentration to screen the charges induces a sphere-to-rod transition. Intriguingly, this transition is expressed in an increase of cooperativity in the temperature-dependent self-assembly mechanism, and more stable aggregates are obtained. 
For our study we select a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) core connected to a hydrophilic metal chelate via a hydrophobic, fluorinated L-phenylalanine based spacer (Scheme 1). The metal chelate selected is a Gd(III)-DTPA complex that contains two overall remaining charges per complex and necessarily two counter ions. The one-dimensional growth of the aggregate is directed by &pi;-&pi; stacking and intermolecular hydrogen bonding. However, the electrostatic, repulsive forces that arise from the charges on the Gd(III)-DTPA complex start limiting the one-dimensional growth of the BTA-based discotic once a certain size is reached. At millimolar concentrations the formed aggregate has a spherical shape and a diameter of around 5 nm as inferred from 1H-NMR spectroscopy, small angle X-ray scattering, and cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM). The strength of the electrostatic repulsive interactions between molecules can be reduced by increasing the salt concentration of the buffered solutions. This screening of the charges induces a transition from spherical aggregates into elongated rods with a length &gt; 25 nm. Cryo-TEM allows to visualise the changes in shape and size. In addition, CD spectroscopy permits to derive the mechanistic details of the self-assembly processes before and after the addition of salt. Importantly, the cooperativity -a key feature that dictates the physical properties of the produced supramolecular polymers- increases dramatically upon screening the electrostatic interactions. This increase in cooperativity results in a significant increase in the molecular weight of the formed supramolecular polymers in water.

The goal of this experiment is to determine and control the size, shape and stability of self-assembled discotic amphiphiles in water. For aqueous based supramolecular polymers such level of control is very difficult. We apply a strategy using both repulsive and attractive interactions. The experimental techniques applied to characterize this system are broadly applicable.

Controlar el tamaño, forma y estabilidad de los polímeros supramoleculares en el agua

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do ...

Investigación

Ingeniería

Synthesis of Phase-shift Nanoemulsions with Narrow Size Distributions for Acoustic Droplet Vaporization and Bubble-enhanced Ultrasound-mediated Ablation

High-intensity focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To enhance localized heating and improve thermal ablation in tumors, lipid-coated perfluorocarbon droplets have been developed which can be vaporized by HIFU. The vasculature in many tumors is abnormally leaky due to their rapid growth, and nanoparticles are able to penetrate the fenestrations and passively accumulate within tumors. Thus, controlling the size of the droplets can result in better accumulation within tumors. In this report, the preparation of stable droplets in a phase-shift nanoemulsion (PSNE) with a narrow size distribution is described. PSNE were synthesized by sonicating a lipid solution in the presence of liquid perfluorocarbon. A narrow size distribution was obtained by extruding the PSNE multiple times using filters with pore sizes of 100 or 200 nm. The size distribution was measured over a 7-day period using dynamic light scattering. Polyacrylamide hydrogels containing PSNE were prepared for in vitro experiments. PSNE droplets in the hydrogels were vaporized with ultrasound and the resulting bubbles enhanced localized heating. Vaporized PSNE enables more rapid heating and also reduces the ultrasound intensity needed for thermal ablation. Thus, PSNE is expected to enhance thermal ablation in tumors, potentially improving therapeutic outcomes of HIFU-mediated thermal ablation treatments.

Phase-shift nanoemulsions (PSNE) can be vaporized using high intensity focused ultrasound to enhance localized heating and improve thermal ablation in tumors. In this report, the preparation of stable PSNE with a narrow size distribution is described. Furthermore, the impact of vaporized PSNE on ultrasound-mediated ablation is demonstrated in tissue-mimicking phantoms.

Síntesis de nanoemulsiones de cambio de fase con distribuciones de tamaño estrechas para la vaporización Droplet acústica y Bubble mejorada ablación por ultrasonidos mediada

High-intensity  focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To  enhance localized heating and improve thermal ablation in ...

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 ...

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules is reported. The entire sequence of relevant experimental steps is described, involving the fabrication of nanostructured substrates using electron beam lithography, immobilization of biomolecules on the substrates, and their characterization utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Three different designs of nano-biological systems are employed, including protein A, glucose binding protein, and a dopamine binding DNA aptamer. In the latter two cases, the binding of respective ligands, D-glucose and dopamine, is also included. The three kinds of biomolecules are immobilized on nanostructured substrates by different methods, and the results of SERS imaging are reported. The capabilities of SERS to detect vibrational modes from surface-immobilized proteins, as well as to capture the protein-ligand and aptamer-ligand binding are demonstrated. The results also illustrate the influence of the surface nanostructure geometry, biomolecules immobilization strategy, Raman activity of the molecules and presence or absence of the ligand binding on the SERS spectra acquired.

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

Surface Enhanced Raman Spectroscopy detección de biomoléculas mediante EBL Fabricados Nanoestructurados Sustratos

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

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 ...

Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the degradation of device performance. In order to evaluate such degradations using computer simulations, full matrix material properties at elevated temperatures are needed as inputs. It is extremely difficult to measure such data for ferroelectric materials due to their strong anisotropic nature and property variation among samples of different geometries. Because the degree of depolarization is boundary condition dependent, data obtained by the IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) impedance resonance technique, which requires several samples with drastically different geometries, usually lack self-consistency. The resonant ultrasound spectroscopy (RUS) technique allows the full set material constants to be measured using only one sample, which can eliminate errors caused by sample to sample variation. A detailed RUS procedure is demonstrated here using a lead zirconate titanate (PZT-4) piezoceramic sample. In the example, the complete set of material constants was measured from room temperature to 120 &#176;C. Measured free dielectric constants <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/53461/image001.jpg" /> and&#160;<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/53461/image002.jpg" /> were compared with calculated ones based on the measured full set data, and piezoelectric constants d15 and d33 were also calculated using different formulas. Excellent agreement was found in the entire range of temperatures, which confirmed the self-consistency of the data set obtained by the RUS.

This protocol describes the procedure of measuring the temperature dependence of the full set material constants of piezoelectric materials using resonant ultrasound spectroscopy (RUS).

Caracterización del conjunto completo constantes del material y su dependencia de la temperatura de los materiales piezoeléctricos El uso de ultrasonido Espectroscopía de Resonancia

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing 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 ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

La fabricación de dispositivos fotovoltaicos Nanocrystal inorgánicos solución totalmente elaborados

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to make an application so that the material reaches the target site (i.e., plant). Information critical in this process is the droplet size that a particular spray nozzle, spray pressure, and spray solution combination generates, as droplet size greatly influences product efficacy and how the spray moves through the environment. Researchers and product manufacturers commonly use laser diffraction equipment to measure the spray droplet size in laboratory wind tunnels. The work presented here describes methods used in making spray droplet size measurements with laser diffraction equipment for both ground and aerial application scenarios that can be used to ensure inter- and intra-laboratory precision while minimizing sampling bias associated with laser diffraction systems. Maintaining critical measurement distances and concurrent airflow throughout the testing process is key to this precision. Real time data quality analysis is also critical to preventing excess variation in the data or extraneous inclusion of erroneous data. Some limitations of this method include atypical spray nozzles, spray solutions or application conditions that result in spray streams that do not fully atomize within the measurement distances discussed. Successful adaption of this method can provide a highly efficient method for evaluation of the performance of agrochemical spray application nozzles under a variety of operational settings. Also discussed are potential experimental design considerations that can be included to enhance functionality of the data collected.

We present protocols to be used in the measurement of spray droplet size from agricultural nozzles used in both aerial and ground based agrochemical applications. These methods presented were developed to provide consistent and repeatable droplet size data both inter- and intra-laboratory, when using laser diffraction systems.

Medir el tamaño de pulverización de gota de boquillas agrícolas Uso de difracción láser

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to ...