עבודה זו נתמכה על ידי אשכול המצוינות "מרכז המבורג להדמיה אולטרה-פאזית – מבנה, דינמיקה ושליטה בחומר בקנה מידה אטומי" של דויטשה פורשונגסגמינשאפט ועל ידי המכון הוירטואלי הלמהולץ "מסלולים דינמיים בנופים רב-ממדיים".

1. תיאור ההתקנה הניסיונית
סכמטי של הגדרת קרן מולקולרית שלב הגז ודפלקטור מוצג באיור 221. הוא מורכב מ
<ol><li>שסתום אבן לביא פעמו29 המכיל את הדגימה המולקולרית. שסתומי קרן מולקולרית אחרים פעמו ניתן להשתמש באותה מידה כמו גם כל עוד קרן מולקולרית קרה (O(1 K)) נוצר. הפרמטרים הבאים הם ספציפיים עבור שסתום אבן לביא מועסק. בניסויים המוצגים כאן השסתום מופעל בקצב חזרה של 20 הרץ עם לחצי גיבוי גבוהים (הליום ב ~ 50 בר) והורחב לתא ואקום שפונה <10-6 mbar.</li>
	<li>רחפן קרן מולקולרית (בקוטר 2 מ"מ) ממוקם 22 ס"מ במורד הזרם מהשסתום, אוסף את הקרן המולקולרית ומוביל לתנאי שאיבה דיפרנציאליים בין השסתום פעמו ושאר מערכת ואקום.</li>
	<li>מיד לאחר הרחפן המולקולות נכנסות למכשיר ההטיה האלקטרוסטטי. זה מורכב מוט (רדיוס 3.0 מ"מ) ו שוקת (רדיוס של עקמומיות 3.2 מ"מ), כל 24 ס"מ אורך. הפער האנכי בין האלקטרודות במרכז המכשיר הוא 2.3 מ"מ. הבדל פוטנציאלי בין 0-26 kV מוחל בין המוט לאבוס, ומייצר שדה חשמלי לא הומוגני חזק עם שיפוע שדה כמעט קבוע30, כפי שצוין בתחילת איור 2.</li>
	<li>מיד לאחר מולקולות הדפלקטור נכנסות לאזור האינטראקציה דרך רחפן שני, ומספקות שלב שאיבה דיפרנציאלי נוסף.</li>
	<li>אזור האינטראקציה (שפונה ללחצים<10 -9 mbar) מכיל התקנה סטנדרטית של זמן טיסה של ויילי-מקלארן (TOF). מולקולות מיוננת על ידי פולסים לייזר ממוקדים במרכז אזור החילוץ, בין הדוחה לבין אלקטרודות מחלץ. יונים המיוצרים מואצים לכיוון גלאי לוח רב-ערוצי (MCP), שבו נרשם ספקטרום מסה.</li>
	<li>פולסים לייזר נגזרים לייזר צבע שאוב Nd:YAG, מתן אורכי גל פלט טיפוסי סביב 283 ננומטר (ניסויים indole) או 272 ננומטר (ניסויים 3 פלואורופנול) ואנרגיות דופק של כמה mJ. משכי פולס הם בסדר של 10 nsec ופולסים ממוקדים עם f = 750 מ"מ עדשה לגודל ספוט של ~ 100 מיקרומטר באזור האינטראקציה.</li>
	<li>רצף התזמון נשלט על-ידי מחולל עיכובים דיגיטלי המספק את השעון הראשי. זה מפעיל את לייזר Nd:YAG (מנורות פלאש מתג Q), שסתום פעמו, ואת כרטיס דיגיטייזר המשמש לתיעוד ספקטרום מסה.</li>
	<li>ספקטרום מסה נרשמים על כרטיס דיגיטייזר, מופעל באותו זמן כמו מתג Q לייזר. צפיפות קרן מולקולרית מופקת משערי מסה מתאימים בספקטרום זמן הטיסה המתועד.</li>
</ol>2. הפקה ואפיון של קרן מולקולרית נבחרת קונפורמר
<ol><li>קרן מולקולרית קרה של מולקולות היעד נוצרת באמצעות התפשטות על-קולית ומאופיינת בפרופיל מרחבי (x, y) ופרופיל זמני (z direction).</li>
	<li>טען את מאגר הדגימה של השסתום פעמו עם הדגימה הכימית. ממיסים דגימות מוצקות בממס מתאים ומניחים כמה טיפות על פיסת נייר סינון קטנה המוחדרת למחסנית המדגם. מניחים דגימות נוזליות ישירות על נייר הסינון.</li>
	<li>לייצר את ההתפשטות העל-קולית, באמצעות גז גיבוי בלחץ גבוה בטוהר גבוה. להתאים את הטמפרטורה של מאגר המדגם בתוך השסתום כך הלחץ החלקי של המדגם הוא כ 10 mbar. הערה: עבור דגימות נוזליות בדרך כלל אין צורך בחימום. זמן פתיחת השסתום תלוי בדגם המדויק של שסתום פעמו בשימוש, עבור הניסויים המוצגים כאן שסתום אבן לביא מופעל עם משך פולס חשמלי של 10 μsec.</li>
	<li>לאפיין את הקרן המולקולרית המיוצרת עם הדפלקטור האלקטרוסטטי כבוי. הגדר את לייזר היוניזציה לאורך גל ידוע ליינון מולטי-פוטון משופר תהודה (REMPI) של קונפורמר מסוים של המדגם. רשום פרופיל זמני של פעימת הקרן המולקולרית על-ידי ניטור תפוקת יון האב הכוללת בגלאי ה- MCP כפונקציה של השהיית שסתום-לייזר.</li>
	<li>לתקן את השהיית שסתום לייזר במיקום של עוצמה מקסימלית עבור כל המדידות הבאות.</li>
	<li>רשום פרופיל מרחבי רוחבי של הקרן המולקולרית על-ידי ניטור התשואה הכוללת של יון האב כפונקציה של מיקום y של מוקד הלייזר. עשה זאת על ידי הזזת עדשת המיקוד בניצב לכיוון התפשטות הלייזר, כך שהמוקד נע בכיוון y ביחס לקרן המולקולרית.</li>
	<li>חזור על הפרופיל הזמני והמרחבי עבור כל הקונפורמים המעניינים בקרן. הערה: אלה בדרך כלל יש תהודה REMPI ברור, כך שכל קונפורמר ניתן לבדוק בנפרד. עם זאת, בהיעדר שדה הסטה, הפרופילים הזמניים והמרחביים זהים לכל הקונפורמים.</li>
	<li>אפיון הקרן שהוסטה. הפעל את אספקת המתח הגבוהה הדפלקטור ותקליט פרופילים מרחביים עבור כל isomers. אלה צריכים להיות עכשיו להסיט על פי יחס רגע מסה לדיפול. הערה: עבור מינים שעברו סטיות גדולות ייתכן שיהיה צורך להזיז את הרחפן מיד לאחר הדפלקטור כדי להבטיח העברה טובה של הקרן שהוסטה לאזור הגילוי.</li>
	<li>ערכו ניסויים על החלק הקונפורמר או על החלק שנבחר בגודל של הקרן המולקולרית על ידי הבטחת האינטראקציה(למשל קרן לייזר חוצה) מתרחשת בתוך החלק של הקרן המולקולרית המכיל רק את המינים המעניינים.</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

לאורך כתב יד זה, היכרות עם רכיבי ואקום גבוהים במיוחד, שסתומי קרן מולקולרית פעמו ומקורות לייזר הוא הניח ואת נהלי הבטיחות הקשורים תמיד צריך להיות דבק. טיפול מיוחד צריך להילקח בעת טיפול אלקטרודות מתח גבוה עבור הדפלקטור. המשטחים שלהם צריכים להיות מלוטשים ברמה גבוהה וחייבים להיות נקיים לחלוטין כדי למנוע ?...

פיזיקה מולקולרית שלב גז מודרנית וניסויים בכימיה פיזיקלית משתמשים לעתים קרובות בהרחבות על-קוליות של מולקולות מטרה כדי לייצר דגימות מולקולריות קרות באופן סיבובי בתוך קרן מולקולרית. עם זאת, אפילו בטמפרטורות סיבוביות נמוכות של 1 K, אשר ניתן להשיג באופן שגרתי באמצעות הרחבות על קוליות, מולקולות גדולות עדיין יכול להישאר קונפורמציות מרובות בתוך הקרן1. באופן דומה, ייצור אשכולות מולקולריים במקור קרן אינו גורם למין אחד, אלא להיווצרות "מרק אשכולות", המכיל סטוכיומטריות אשכול רבות ושונות, כמו גם מולקולות אב טהורות שנותרו. זה עושה את המחקר של מערכות אלה עם טכניקות חדשניות כגון הדמיה של מסלולים מולקולריים2, הפצות זוויתיות פוטואלקטרון מסגרת מולקולרית3-5 או אלקטרון6-10 ו עקיפת רנטגן11-13 קשה, כמו אלה דורשים טהור, עקבי, ודגימות הומוגניות בשלב הגז.
בעוד מספר מתודולוגיות זמינות כעת כדי להפריד קונפורמרים שונים של מינים טעונים בשלב הגז(למשל ניידות יון צינורות להיסחף14,15)וצבירים טעונים מופרדים בקלות על ידי יחס מסה לטעינה שלהם, טכניקות אלה אינן ישימות למינים ניטרליים. לאחרונה הוכחנו כי בעיות אלה ניתן להתגבר עם השימוש במכשיר הסטה אלקטרוסטטית16,17, המאפשר הפרדה של קונפורמרים מולקולריים, כמו גם אשכולות וייצור של קורות מולקולריות קרות סיבובית.
השימוש בהטיה אלקטרוסטטית היא טכניקת קרן מולקולרית קלאסית, שמקורה ללכת דרך ארוכה אחורה18,19. רעיונות ראשונים של שימוש בהטיה אלקטרוסטטית להפרדת מצבים קוונטיים הוצגו על ידי שטרן בשנת 192620. בעוד ניסויים מוקדמים נערכו על מולקולות קטנות בטמפרטורות גבוהות, אנו מדגימים את היישום של טכניקה זו למולקולות קוטב גדולות ואשכולות בטמפרטורות נמוכות16,21.
מולקולות קוטביות חוות כוח בתוך שדה חשמלי לא הומוגני (E) בשל ההבדלים המרחביים באנרגיה פוטנציאלית. כוח <img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px"> זה תלוי ברגע הדיפול היעיל, μeff, של המולקולה וניתן להעריך אותו כ
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg"> (1) 
כמו קונפורמים מולקולריים שונים בדרך כלל posses רגעים dipole שונים ומספרים שונים של מולקולות ממס בתוך אשכול להוביל מסות אשכול שונות רגעים dipole, מינים אלה יחוו האצה שונה בנוכחות שדה חשמלי inhomogeneous חזק. כתוצאה מכך כוח אפקט סטארק משדה חשמלי inhomogeneous ולכן יכול לשמש להפרדת קונפורמרים ומדינות קוונטיות22. הדבר מצוין באיור 1, המציג את עקומות סטארק המחושבות עבור J = 0,1,2 מצבי סיבוב של cis ו- trans conformers של 3-פלואורופנול, בהתאמה. זה מוביל להבדלים גדולים μeff, כפי שמוצג באיורים 1c ו 1d, ומכאן האצה שונה מנוסה על ידי שני קונפורמרים בשדות חשמליים inhomogeneous. לכן, מכשיר הסטה אלקטרוסטטי יכול לשמש מפריד רגע מסה לדיפול (m /μeff), באנלוגיה ספקטרומטר מסה מתנהג כיחס מסה לטעינה (m / z)מסנן 23.
יתר על כן, טכניקות אלה מאפשרות הפרדת מצבים קוונטיים סיבוביים24,25. כמו מצבי סיבוב הקרקע (עקומות כחולות באיורים 1a ו 1b) להפגין את השינוי הגדול ביותר סטארק, אלה יוסטו ביותר ניתן להפריד מרחבית ממולקולות במדינות J גבוהות17. לכן ניתן לבחור את החלק הקר ביותר של קרן מולקולרית, המסייע באופן משמעותי ביישומים רבים, כגון יישור וכיוון של מולקולות יעד17, 26-28.
בתרומה זו אנו מראים כיצד ניתן להשתמש במכשיר הסטה אלקטרוסטטי כדי להפריד בין מינים שונים של מולקולות קוטב גדולות ואשכולות. נתונים לדוגמה מוצגים לייצור קרן טהורה של קונפורמר בודד ושל אשכול ממס מסיס של גודל ויחס מוגדרים היטב. באופן ספציפי אנו מציגים נתונים על 3-פלואורופנול, שבו קרן טהורה המכילה רק קונפורמר טרנס מיוצר, ועל אשכולות אינדול-מים, שבו אינדול (H2O)1 אשכול ניתן להפריד מרחבית מים, אינדול, אינדול (H2O)2, וכו '.

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

spatial separation of molecular conformers and clusters

פיזיקה מולקולרית שלב גז וניסויים בכימיה פיזיקלית משתמשים בדרך כלל בהרחבות על-קוליות באמצעות שסתומים פעמו לייצור קורות מולקולריות קרות. עם זאת, קורות אלה מכילות לעתים קרובות קונפורמרים ואשכולות מרובים, אפילו בטמפרטורות סיבוב נמוכות. אנו מציגים מתודולוגיה ניסיונית המאפשרת הפרדה מרחבית של חלקים מרכיבים אלה של התפשטות קרן מולקולרית. באמצעות דפלקטור חשמלי הקרן מופרדת על ידי יחס רגע מסה לדיפול שלה, מקביל בנדר או ספקטרומטר מסה מגזר חשמלי פיזור מולקולות טעונות על בסיס יחס מסה לטעינה שלהם. דפלקטור זה מנצל את אפקט סטארק בשדה חשמלי לא הומוגני ומאפשר הפרדת מינים בודדים של מולקולות ואשכולות ניטרליים בקטבים. יתר על כן, הוא מאפשר את הבחירה של החלק הקר ביותר של קרן מולקולרית, כמו אנרגיה נמוכה סיבובית מצבים קוונטיים בדרך כלל לחוות את הסטייה הגדולה ביותר. איזומרים מבניים שונים (קונפורמים) של מין יכולים להיות מופרדים בשל הסדר השונה של קבוצות תפקודיות, מה שמוביל לרגעים דיפולים ברורים. אלה מנוצלים על ידי הדפלקטור האלקטרוסטטי לייצור מדגם טהור קונפורמי מקרן מולקולרית. באופן דומה, ניתן לבחור סטויצ'יומטריות אשכול ספציפיות, שכן רגע המסה והדיפול של אשכול נתון תלוי במידת התפתורות סביב מולקולת האב. זה מאפשר ניסויים על גדלי אשכול ומבנים ספציפיים, המאפשרים מחקר שיטתי של פתירה של מולקולות נייטרליות.

טכניקת הסטה אלקטרוסטטית הוחלה בהצלחה על ההפרדה של isomers מבניים16 ואשכולות ניטרליים21, כמו גם את הייצור של מצב קוונטי סיבובי נבחר דגימות מולקולריות31. אנו מדגימים זאת עם תוצאות מייצגות להפרדת cis ו trans conformers של 3-פלואורופנול, וגודל נבחר indole (H2O)n אשכולות.
<p ...

Watch this Scientific Journal Video about Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters at JoVE.com

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

אנו מציגים טכניקה המאפשרת הפרדה מרחבית של קונפורמרים או אשכולות שונים הנמצאים בקרן מולקולרית. דפלקטור אלקטרוסטטי משמש להפרדת מינים על ידי יחס רגע מסה לדיפול שלהם, המוביל לייצור הרכבים שלב גז של קונפורמר יחיד או stoichiometry אשכול.

הפרדה מרחבית של קונפורמרים מולקולריים ואשכולות

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

spatial-separation-of-molecular-conformers-and-clusters

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Organic Chemistry

Physics

Unit 1

Electric Potential

Alcohols and Phenols

SCIENTISTS IN ACTION

8.8K Views.  CFEL, DESY. אנו מציגים טכניקה המאפשרת הפרדה מרחבית של קונפורמרים או אשכולות שונים הנמצאים בקרן מולקולרית. דפלקטור אלקטרוסטטי משמש להפרדת מינים על ידי יחס רגע מסה לדיפול שלהם, המוביל לייצור הרכבים שלב גז של קונפורמר יחיד או stoichiometry אשכול.

Video: Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

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

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

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

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

ספקטרומטריית מסת קרן מולקולרית עם קרינת אולטרה סגולה אבק מתכוונן (VUV) Synchrotron

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

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

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

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

מוליכות כמותית במקביל ומדידת תכונות מכאנית של חומרים אורגניים באמצעות Photovoltaic AFM

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

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

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

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

מערך צפיפות ultrahigh של nanowires אורגני קטן מולקולרי בציר אנכי על מצעים שרירותיים

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

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

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

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

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

מדידה וניתוח של מימן אטומי והמולקולרי דו האטומי ALO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, וההתפלגות מושרה הלייזר הבא TIO הספקטרום אופטית

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

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

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

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

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

גשוש C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si המצע באמצעות סריקת בדיקה מיקרוסקופית דינאמיקה מולקולארית

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

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

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

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

מרוכבים Nanostructured Ag-זאוליט כמו חיישנים לחים מבוססות הארה

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

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

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

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

Beam Epitaxy המולקולרית בסיוע פלזמה של N-קוטבי InAlN-מחסום טרנזיסטורים-ניידות גבוהה-אלקטרון

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

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

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

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

טכניקת מאקרוסקופית אנלוגי לימוד תהליכי Hydrodynamic מולקולרית צפופה גזים ונוזלים

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

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

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

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

ייצור של דיודות Schottky על Heterostructure BeMgZnO/ZnO Zn-הקוטב גדלה פלזמה בסיוע קרן מולקולרית Epitaxy

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

Assembling Molecular Shuttles Powered by Reversibly Attached Kinesins

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

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

הרכבת המעבורות מולקולרי מופעל על ידי הפיכה מצורף Kinesins

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

הפרדה מרחבית של קונפורמרים מולקולריים ואשכולות

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video