Questa ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation (NSF CARRIERA premio CCF-0.347.303 e NSF concedere CCF-0.541.105). Gli autori desiderano ringraziare Jaroslav Křivánek, Jon Luna, Edgar Velázquez-Armendáriz, Wenzel Jakob, James Harvey, Susan Suarez, Ellis Loew, e John Hermanson per il loro contributo intellettuale. La Cornell sferica Gantry è stato costruito da un disegno a causa di Duane Folco, Marc Levoy, e Szymon Rusinkiewicz.

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Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Anche se le prestazioni e la funzionalità di molte colorazioni pigmentarie e strutturali sono ben riconosciuti, la morfologia di molte tegumenti è così complesso che la loro particolare struttura e la funzione sono capiti male 20. Tegumenti hanno sviluppato specializzazioni che variano spazialmente sulla superficie dell&#39;organismo di riflettere la luce differenzialmente direzionalmente verso lo spettatore. Direzionalità ha ricevuto l&#39;attenzione principalmente nello studio delle iridescenze per il suo cambiamento di colore con cambio di incidente e l&#39;angolo di visione e la ricerca di iridescenza del tegumento biologico ha raccolto principalmente 1D e alcune misurazioni 2D 8,12,17. Ma misurazioni 6D generalizzate non sono stati di routine nello studio dei tegumenti 21-23, iridescenti o meno, e la letteratura su fenotipi colore organismal è limitato dalla mancanza di dati colore direzionali del tipo nostro metodo fornisce. La piuma è un particolare rmateriale tegumentario ich costituito da un regime di struttura milli-scala la sbavatura: Rami, barbule distali, e barbule prossimali. La piccola scala degli elementi e le loro modalità complesse rendono difficile discernere le prestazioni dispersione della luce dei singoli elementi. Il nostro protocollo isolato con successo struttura milli scala dalla influenza della geometria macro-scala. Caratterizzando le conseguenze funzionali dell&#39;espressione direzionale di strutture milli-scala per la firma campo lontano della piuma, abbiamo attivato un&#39;indagine loro conseguenze adattive. Abbiamo affrontato compromessi pratici tra spettrale, risoluzione spaziale e angolare. Abbiamo scelto di alta spaziale, angolare media e bassa spettrale per i nostri studi. Altre combinazioni potrebbero essere utilizzati, ma alcuni (ad esempio tutti alto) portano a tempi di misurazione unworkably lunghi. L&#39;attenzione deve essere focalizzata in cui è importante per i fenomeni particolari in fase di studio. Nella scelta di impiegare un ca RGBmera con un mosaico filtro Bayer, abbiamo progettato il nostro protocollo per abbinare il sistema visivo umano. La telecamera RGB potrebbe essere sostituito e il nostro protocollo atto a misurare il relativo stimolo colore di qualsiasi organismo, ad esempio sensibilità nello spettro UV è necessaria per misurare aviaria colore tetra-cromatico 24,25. Una telecamera di imaging spettrale fornirebbe la soluzione più generale 25. Abbiamo dimostrato il nostro protocollo con TERTIAL penne delle ali in quanto sono colorati e facilmente schiacciata contro una piastra di riferimento. Purtroppo, l&#39;apertura della piastra di metallo rivelata solo una frazione della superficie piuma. Se potessimo misurare simultaneamente la forma 3D della superficie della piuma mentre si misura la riflettanza 25, potremmo evitare meccanicamente appiattendo la piuma e invece di misurare l&#39;intera piuma nel suo stato naturale, non unito. Specializzati interattive, strumenti, integrati per la visualizzazione dei dati forniscono substantial beneficio di scienziati che esplorano e interpretare grandi volumi di dati. La maggiore integrazione e interattività, sono osservate le connessioni più facili nei dati. Nel nostro software, un utente può tracciare interattivamente media dispersione direzionale in funzione della posizione della superficie (Figura 4). Ulteriore sviluppo del nostro software potrebbe integrare altre funzioni di plotting (figure 6, 7) per estendere l&#39;esperienza interattiva.

Il colore e il modello di tegumento di un organismo giocano ecologicamente e socialmente funzioni critiche in più taxa animali. Queste proprietà fenotipiche sono determinati dalla interazione della luce con la struttura del tegumento, che può esibire dispersione ottica che varia spazialmente (attraverso la superficie del tegumento) e direzionalmente (con cambiamento di illuminazione e la visualizzazione direzione). Nei materiali biologici complessi, come penne, la direzione della diffusione della luce è influenzata dall&#39;orientamento di ripetere geometria milli-scala. Queste strutture milli scala stessi possono essere integrati con le strutture su scala nanometrica, come array di melanina, che spesso ereditano l&#39;orientamento milli-scala. Da nano-al macro-scale, la struttura del tegumento è evoluta funzionalmente per aumentare la capacità di segnalazione dell&#39;organismo. Al fine di valutare l&#39;influenza della morfologia di diverse scale sulla aspetto generale, strumenti permisurare e analizzare il colore delle strutture biologiche hanno bisogno di flessibilità per isolare dispersione della luce direzionale a varie scale di ingrandimento. Abbiamo sviluppato strumenti di misurazione basati sulle immagini per studiare come le prestazioni di complessa e variegata morfologia milli-scala di una piuma (rami ardiglione, barbule distali e prossimali barbule) amplia la gamma di espressioni possibili da strutture nano-scala da solo. In un&#39;unica immagine registrata dalla telecamera, abbiamo osservato che la luce riflessa diverse a livello della superficie della piuma, cioè, la riflettanza luce era spazialmente-variante. Quando ci siamo trasferiti alla direzione della luce e la macchina fotografica rispetto alla piuma, abbiamo osservato la riflettanza cambiato, cioè la riflessione della luce è stata direzionalmente-variante 1. A seguito di queste osservazioni, abbiamo progettato un protocollo per spostare metodicamente la luce e la macchina fotografica intorno al soggetto utilizzando un cavalletto sferica 2,3, con la quale abbiamo catturato due dimensioni suposizione rfaccia (X e Y), 2 dimensioni di direzione della luce (latitudine e longitudine), e 2 dimensioni della direzione della telecamera (latitudine e longitudine) (Figura 2). Nel software abbiamo esplorato visivamente le 6 dimensioni della luce diffusa in funzione della posizione, direzione illuminazione e direzione vista. Precedenti ricerche in riflettanza da tegumenti è troppo spesso scontato il contributo di direzionalità - ad esempio riflessione diffusa vs speculare o isotropa vs anisotropico - per l&#39;espressione del colore. La maggior parte delle misure di colore hanno fissato la luce incidente, oggetto, e la geometria di visione da evitare accuratamente gli effetti direzionali. Ad esempio, per eliminare la riflessione speculare da misure di colore, è comune mettere la luce normale alla superficie e registrare la riflettanza a 45 ° dalla normale. Gli studi che fanno collegamento morfologia a direzionale-variante riflettanza in genere si concentrano su scala nanometricae le sue conseguenze iridescenti 4-8. Pochi considerano il contributo delle micro, milli-e geometrie macro-scala per il campo lontano firma ottica 8-11. E &#39;quindi comune ad impiegare un rilevatore di luce di riflessione complessivo in un&#39;unica area di interesse che possono includere più milli-e / o macro-scala di componenti, come rami ardiglione, barbule, e anche intere piume 6,8,11-17 . Quando la regione di interesse è o minore del limite di risoluzione del rivelatore o non conforme alla forma del campo del rilevatore di vista, il protocollo comune precisa provino dissezione per isolare la dispersione della luce dall&#39;elemento specifico milli scala 8,10 , 13,15. Abbiamo sviluppato un protocollo più onnicomprensiva per l&#39;acquisizione di misurazione e visualizzazione che incoraggia l&#39;esplorazione delle molte variabili spesso ignorati in altri studi più mirati. Misuriamo scattering di luce su una sfera di direzioni e AcrosSA regione di spazio utilizzando una serie massiccia di alta gamma dinamica, fotografie ad alta risoluzione presa da un insieme sistematico di luce e di direzioni di vista. Ci avvaliamo di un sensore di immagine ad alta risoluzione con la sua matrice 2D di rivelatori a pixel a scala fine. Aggregazione in hardware si verifica a livello di pixel, ad una scala più piccola di elementi milli scala stiamo misurando. Una seconda fase aggrega singoli pixel di software come l&#39;utente seleziona la forma e le dimensioni della regione di interesse. Conseguentemente, un unico insieme di misura può essere ripetutamente analizzato nel software di esplorare diversi aspetti di interazione con materiale leggero per più posizioni e scale biologicamente rilevanti. Eliminando dissezione e la misurazione dell&#39;intero piuma, nostro protocollo ha il vantaggio di lasciare la morfologia della piuma banderuola integra e conservando contesto naturale e la funzione che è, interazioni di luce tra gli elementi costitutivi milli scala. Dispersione della luce da organismal struttura è multidimensionale e difficile da quantificare. Misurato dispersione della luce 6D non può ancora essere attribuito alla morfologia specifica all&#39;interno di una gerarchia di scala con qualsiasi strumento singolare. Ma abbiamo fatto un passo importante in questa ricerca. Abbiamo sviluppato uno strumento che comprende tre metodi complementari - campionamento riflettanza utilizzando il cavalletto, esplorando grandi volumi di dati nel software, e la visualizzazione di sottoinsiemi di dati graficamente - di estendere la nostra capacità di misurare la dispersione della luce 6D in qualsiasi punto su un materiale, fino alla milli-scala. Come protocolli come la nostra sono impiegati, prevediamo biologi identificheranno una miriade di tratti-direzionalmente e spazialmente variabile ei corrispondenti adattamenti strutturali a più scale di sviluppo. Utilizzando i nostri strumenti siamo impegnati nel caratterizzare il potenziale di segnalazione dell&#39;espressione direzionale e spaziale delle strutture milli-scala, e speriamo di far luce sulle loro conseguenze adattive. Ci rivolgiamo a una serie di domande, come ad esempio: da unY dato punto di osservazione, che gli elementi a scala fine o regioni lordo scala della piuma riflettono fortemente? In che modo l&#39;orientamento degli elementi a scala fine influenzare la direzione della luce diffusa? Quali condizioni morfologiche producono un satinato lucido vs uno scintillio di paillettes dell&#39;ornamento iridescente? Do alcune specie producono più ampio &quot;finestre&quot; per l&#39;osservazione di iridescenza di altri? Queste domande possono essere chiesto di uccelli e le loro piume, ma anche di tutti gli altri organismi che si sono evoluti un particolare aspetto della superficie per la segnalazione, camouflage, o per altri motivi.

measuring spatially- and directionally-varying light scattering from biological material

Luce interagisce con tegumento di un organismo su una varietà di scale spaziali. Ad esempio in un uccello iridescente: strutture nano-scala di produzione del colore; la struttura milli-scala delle barbe e barbule determina in gran parte il modello direzionale della luce riflessa, e attraverso la struttura spaziale macro-scala sovrapposte, piume curvi, questi effetti direzionali creare la texture visiva. Effetti milli scala e macro scala determinano dove sul corpo dell&#39;organismo, e da ciò che punti di vista e in quali illuminazione, i colori iridescenti sono visti. Così, il flash altamente direzionale di colore brillante dalla gola iridescente di un colibrì è adeguatamente spiegata con la sua struttura nano-scala da solo e le domande rimangono. Da un certo punto di osservazione, quali elementi milli scala della piuma sono orientati a riflettere con forza? Do alcune specie producono più ampio &quot;finestre&quot; per l&#39;osservazione di iridescenza di altri? Queste e simili domande may essere chiesto su eventuali organismi che si sono evoluti un particolare aspetto della superficie per la segnalazione, camouflage, o per altri motivi. Per studiare i modelli direzionali di dispersione della luce da piume, e la loro relazione con milli scala morfologia degli uccelli, abbiamo sviluppato un protocollo per la misurazione della luce diffusa da materiali biologici utilizzando molte fotografie ad alta risoluzione scattate con diversa illuminazione e la visualizzazione direzioni. Dal momento che noi misuriamo luce diffusa in funzione della direzione, possiamo osservare le caratteristiche della distribuzione direzionale della luce diffusa da quel particolare piuma, e perché barbe e barbule si risolvono nelle nostre immagini, possiamo attribuire chiaramente le caratteristiche direzionali per questi diversi strutture milli scala. Mantenere il campione conserva intatto il comportamento di scattering lordo scala visto in natura. Il metodo qui descritto presenta un protocollo generalizzato per analizzare spazialmente e-direzionalmente-varying light scattering da materiali biologici complessi su scale multiple strutturali.

La misurazione principale del nostro protocollo (Routine I in figura 1) fissato la direzione della telecamera normale alla superficie e solo spostato la luce. Dal Light Scattering aderisce al principio di reciprocità, il risultato è lo stesso se teniamo costante la telecamera mentre si muove la luce sopra l&#39;emisfero o viceversa. Quando fissiamo sia la fotocamera o la luce, la completa direzione impostata 4-dimensionale è sottocampionati. Un quadro completo del comportamento di scattering viene osservato quando, a differenza della misura primaria, sia la luce e la telecamera vengono allontanati dalla superficie normale e in una molteplicità di direzioni. Idealmente, si potrebbe misurare la dispersione della luce da molte direzioni della fotocamera, per quanti il ​​numero di incidenti direzioni di luce, fino ad ottenere una serie di dati simmetrica. In pratica, ciò richiederebbe troppe esposizioni. Nella nostra esperienza, siamo in grado di ottenere informazioni sufficienti su diverse posizioni di visione spostando la telecamera alcune volte assuming 180 ° simmetria rotazionale sulla superficie normale. Durante la fase di misurazione secondaria, abbiamo acquisito le misurazioni da 7 direzioni di osservazione distribuiti sopra l&#39;emisfero ed entro il 60 ° dello zenit 18,19 (II.A routine in Figura 1). Nelle figure di questo documento, vi mostriamo dati rappresentativi misurati da una piuma di Lamprotornis purpureus (Viola Starling lucido), la riflettanza della quale è cangiante, lucido, e anisotropico (Figura 5). In ciascuna delle direzioni di osservazione 7, luce riflessa viene raccolto da centinaia di incidenti direzioni di illuminazione sul emisfero. Le indicazioni formano una stretta banda orientata ortogonalmente all&#39;asse centrale della piuma (vedi immagine piuma in Figura 4). Il cambiamento di colore iridescenza è sottile (verde-bluastro a incidenza normale e verde-blu a incidenza radente), quando la piuma è vista normale alla sua superficie come si vede nella {0 °, 0 &amp; deg;} RGB appezzamento di figura 5. Come l&#39;angolo di visuale si avvicina al pascolo, gli angoli tra la direzione di osservazione e le direzioni incidenti pascolo sono massimizzati, portando ad un cambiamento di colore più evidente (verde-bluastro a 0 ° e magenta a 240 ° tra incidente e le direzioni di osservazione), come si vede nella {60 °, 0 °} RGB trama in Figura 5. Possiamo permetterci di intensificare la luce e la macchina fotografica a risoluzione angolare molto più fine, quando ci limitiamo i movimenti a 1 dimensione. Figura 6 mostra la cromaticità della riflettanza della L. purpureus piumaggio come funzione dell&#39;angolo tra l&#39;incidente e direzioni di osservazione, dove l&#39;incidente e direzioni di osservazione sono nel piano contenente la banda speculare, che è perpendicolare all&#39;asse longitudinale del barbule distale. Come gli archi a colori cangianti nello spazio di cromaticità, la tonalità passa da blu-verde al viola. Spatial Vari<html> zione in riflettanza direzionale è visibile se diverso (X, Y) coordinate del tegumento corrispondono a diverse strutture di milli-scala. Nel caso di L. purpureus una sola struttura - la barbule distali - è visibile sulla maggior parte del territorio. Per contro, in C. cupreus, tre strutture milli scala - i Rami, barbule distali e prossimali barbule - sono chiaramente distinta nei dati, si può osservare che la riflettanza della piuma è orientato rispetto all&#39;asse longitudinale di ogni struttura (Figura 8) . <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig1.jpg" /> Figura 1. Questa panoramica schematica raffigura due metodi di montaggio, il sistema di coordinate gantry sferica, i tipi di campionamento acquisizione e rispettivi risultati.<html> / Ftp_upload/50254/50254fig1large.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Clicca qui per ingrandire la figura. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig2.jpg" /> Figura 2. La piuma appiattito è visibile attraverso un&#39;apertura in una piastra di metallo circondato da un anello di obiettivi. Un cavalletto sferica può essere posta a misurare dispersione della luce da una penna ad multiplo illuminazione incidente e direzioni di osservazione. L = braccio di Luce (latitudine). C = braccio della telecamera (latitudine). B = Base Camera (longitudine). T = Giradischi (longitudine). F = Piuma. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig3.jpg" /> Figura 3. Media dispersione direzionale può essere calcolata da un punto, linea o rettangolare regione di piuma vane. p_upload/50254/50254fig4highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/50254/50254fig4.jpg &quot;/&gt; Figura 4. Esempio di dispersione direzionale funzioni di plotting (R * = riflettanza, T * = trasmittanza, P * = Top, f * = anteriore, S * = Side, A * = Arbitrarie) e combinazioni di colori (* 1 = luminanza, * 2 = RGB , * 3 = cromaticità). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . <img alt="Figura 5" fo:content-width="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig5.jpg" /> Figura 5. La luminanza (in alto) e di colore RGB (in basso) della riflettanza emisferica in direzione dello spazio coseno come visto dalle (angolo di elevazione, azimuth angle) coppie di coordinate: {0 °, 0 °}, {30 °, 0 °}, { 30 °, 90 °}, {60 °, 0 °}, {60 °, 45 °}, {60 °, 90 °}, e {60 °, 135 °}. La riflettanza è<html> mediati da un 25 × 25 pixel di un&#39;area rettangolare del vano laterale di un L. TERTIAL purpureus (Viola Starling lucido) piuma. Le frecce rosse rappresentano le direzioni della fotocamera. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . <img alt="Figura 6" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig6.jpg" /> Figura 6. Cromaticità della riflettanza in funzione del mezzo-angolo tra la luce incidente e le direzioni di osservazione:. CIE 1976 Uniform Scale cromatiche (USC) con regione ingrandita <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . / 50254/50254fig7highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/50254/50254fig7.jpg &quot;/&gt; Figura 7. Riflettanza come funzione dell&#39;angolo tra la luce incidente e direzioni di osservazione, in-aereo con (rosso) e perpendicolare (ombreggiata) l&#39;asse longitudinale del barbule distale: (A) lunghezza d&#39;onda dominante, (B) Percentuale chroma, (C ) Percentuale di luminanza. L&#39;ombreggiatura di colore nella trama A è il colore RGB della riflettanza. I valori negativi di lunghezza d&#39;onda rappresentano i colori della non-spettrale triangolo viola. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig7large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . <img alt="Figura 8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig8.jpg" /> Figura 8. Media riflettanza direzionale di barbule distali e prossimali barbule tra due rami adiacenti del C. cupreus (African Emerald cuculo). <img alt="Figura 9" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig9.jpg" /> Figura 9. (A) non rettificati immagine illuminata dalla lampada a portale, (B) non rettificati immagine illuminata dal flash della fotocamera, (C) candidati destinatari filtrato su affine-trasformata, immagine flash-illuminato, (D) obiettivi Acceptably taglienti all&#39;interno profondità di campo, (E) Rettificato immagine Lampada-illuminato, (F) ruotato piuma punta in su, ritagliata e mascherati. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig9large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> .

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Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Presentiamo un metodo non distruttivo per il campionamento variazione spaziale nella direzione della luce diffusa da materiali di struttura complessa. Mantenendo intatto il materiale, noi preserviamo comportamento dispersione lordo scala, mentre contemporaneamente l&#39;acquisizione contributi direzionali a scala fine con l&#39;imaging ad alta risoluzione. I risultati sono visualizzati in software alle posizioni e scale biologicamente rilevanti.

Misurare spazialmente e Directionally-variante Light Scattering da materiale biologico

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

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12.4K Views.  Cornell University. Presentiamo un metodo non distruttivo per il campionamento variazione spaziale nella direzione della luce diffusa da materiali di struttura complessa. Mantenendo intatto il materiale, noi preserviamo comportamento dispersione lordo scala, mentre contemporaneamente l'acquisizione contributi direzionali a scala fine con l'imaging ad alta risoluzione. I risultati sono visualizzati in software alle posizioni e scale biologicamente rilevanti.

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Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

Fabbricazione di ossidi complessi spazialmente confinati

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

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Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

Misurare Materiale microstruttura Under flusso Utilizzo di 1-2 aereo Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped crystallites. Neutrons are passed through two well defined regions of magnetic field; one before and one after the sample. The two magnetic field regions have opposite polarity and are tuned such that neutrons travelling through both regions, without being perturbed, will undergo the same number of precessions in opposing directions. In this case the neutron precession in the second arm is said to &#34;echo&#34; the first, and the original polarization of the beam is preserved. If the neutron interacts with a sample and scatters elastically the path through the second arm is not the same as the first and the original polarization is not recovered. Depolarization of the neutron beam is a highly sensitive probe at very small angles (&#60;50&#160;&#956;rad) but still allows a high intensity, divergent beam to be used. The decrease in polarization of the beam reflected from the sample as compared to that from the reference sample can be directly related to structure within the sample.
In comparison to scattering observed in neutron reflection measurements the SERGIS signals are often weak and are unlikely to be observed if the in-plane structures within the sample under investigation are dilute, disordered, small in size and polydisperse or the neutron scattering contrast is low. Therefore, good results will most likely be obtained using the SERGIS technique if the sample being measured consist of thin films on a flat substrate and contain scattering features that contains a high density of moderately sized features (30 nm to 5 &#181;m) which scatter neutrons strongly or the features are arranged on a lattice. An advantage of the SERGIS technique is that it can probe structures in the plane of the sample.

Progress has been made in utilizing spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) as a neutron scattering technique to probe the length-scales in irregular samples. Crystallites of [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester have been probed using the SERGIS technique and the results confirmed by optical and atomic force microscopy.

Utilizzo dello scattering di incidenza di pascolo risolto neutroni Spin Echo per indagare i materiali organici delle celle solari

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

Misura di Scattering non linearità da un nanoparticelle plasmoniche singolo

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

Metodi sperimentali per le indagini di memoria di forma a base processi di raffreddamento Elastocaloric e validazione del modello

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Metodologia basata sulla scansione della luce di scansione (SLPS) per valutare quantitativamente la diffusione della luce avanti e indietro dalle lenti intraoculari

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as aqueous solutions and biomaterials, with fast acquisition times. Here, we discuss the assembly and operation of a Brillouin spectrometer that uses stimulated Brillouin scattering (SBS) to measure stimulated Brillouin gain (SBG) spectra of water and lipid emulsion-based tissue-like samples in transmission mode with &lt;10 MHz spectral-resolution and &lt;35 MHz Brillouin-shift measurement precision at &lt;100 ms. The spectrometer consists of two nearly counter-propagating continuous-wave (CW) narrow-linewidth lasers at 780 nm whose frequency detuning is scanned through the material Brillouin shift. By using an ultra-narrowband hot rubidium-85 vapor notch filter and a phase-sensitive detector, the signal-to-noise-ratio of the SBG signal is significantly enhanced compared to that obtained with existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables measurement of SBG spectra with up to 100-fold faster acquisition times, thereby facilitating high spectral-resolution and high-precision Brillouin analysis of soft materials at high speed.

We describe the construction of a rapid continuous-wave-stimulated-Brillouin-scattering (CW-SBS) spectrometer. The spectrometer employs single-frequency diode-lasers and an atomic vapor notch-filter to acquire transmission spectra of turbid/non-turbid samples with high spectral-resolution at speeds up to 100-fold faster than those of existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables high-speed Brillouin material analysis.

Ad alta velocità continuo-fluttui stimolato Brillouin Scattering spettrometro per analisi materiali

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising from metallic periodic arrays without involving time-resolved techniques. We have formulated the rates by quantities that can be measured by simple optical measurements. The instrumentation based on angle- and polarization-resolved reflectivity and photoluminescence spectroscopy will be described in detail here. Our approach is intriguing due to its simplicity, which requires routine optics and several mechanical stages, and thus is highly affordable to most of the research laboratories.

This protocol describes the instrumentation for determining the excitation and coupling rates between light emitters and Bloch-like surface plasmon polaritons arising from periodic arrays.

Determinazione di eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e polaritoni plasmonica di superficie di accoppiamento

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.

Microdiffrazione dei raggi x di sincrotrone e formazione immagine di fluorescenza del minerale e campioni di roccia

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, with its peak locomotion speed reaching 150 cm/s. First of all, we observed the microstructure and hierarchy of water strider legs using the scanning electron microscope. On the basis of the observed morphology of the legs, a theoretical model of the detachment from water surface was established, which explained water striders' capability to slide on water surface effortlessly in terms of energy reduction. Secondly, a dynamic force measurement system was devised using the PVDF film sensor with excellent sensitivity, which could detect the whole interaction process. Subsequently, a single leg in contact with water was pulled upward at different speeds, and the adhesion force was measured at the same time. The results of the departing experiment suggested a deep understanding of the fast jumping of water striders.

The protocol here is dedicated to investigating the free and quick maneuvering of water strider on water surface. The protocol includes observing the microstructure of legs and measuring the adhesion force when departing from water surface at different speeds.

Misurazione della forza dinamica ha agito sulla gamba di Strider acqua saltando verso l'alto dal sensore Film PVDF

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...