Questo lavoro è stato supportato dal cluster di eccellenza "The Hamburg Center for Ultrafast Imaging – Structure, Dynamics and Control of Matter at the Atomic Scale" della Deutsche Forschungsgemeinschaft e dall'Istituto Virtuale Helmholtz "Dynamic Pathways in Multidimensional Landscapes".

1. Descrizione dell'installazione sperimentale
Uno schema della configurazione e del deflettore del fascio molecolare in fase gassosa è mostrato nella figura 221. Si compone di
<ol><li>Una valvola pulsata di Even-Lavie29 contenente il campione molecolare. Altre valvole a fascio molecolare pulsato possono essere utilizzate allo stesso modo finché si forma un fascio molecolare freddo (O(1 K)). I seguenti parametri sono specifici per la valvola Even-Lavie impiegata. Negli esperimenti qui presentati la valvola viene azionata a una velocità di ripetizione di 20 Hz con alte pressioni di supporto (elio a ~ 50 bar) e espansa in una camera a vuoto evacuata a <10-6 mbar.</li>
	<li>Uno skimmer a fascio molecolare (diametro 2 mm) viene posizionato a 22 cm a valle della valvola, collimando il fascio molecolare e portando a condizioni di pompaggio differenziali tra la valvola pulsata e il resto del sistema di vuoto.</li>
	<li>Subito dopo lo skimmer le molecole entrano nel dispositivo di deflessione elettrostatica. Si tratta di un'asta (raggio 3,0 mm) e di un trogolo (raggio di curvatura 3,2 mm), ciascuno lungo 24 cm. Lo spazio verticale tra gli elettrodi al centro del dispositivo è di 2,3 mm. Una differenza potenziale tra 0-26 kV viene applicata tra l'asta e il trogolo, producendo un forte campo elettrico disomogeneo con un gradiente di campoquasi costante 30, come indicato nell'interno della figura 2.</li>
	<li>Subito dopo le molecole del deflettore entrano nella regione di interazione attraverso un secondo skimmer, fornendo un'ulteriore fase di pompaggio differenziale.</li>
	<li>La regione di interazione (evacuata a pressioni <10-9 mbar) contiene una configurazione standard del tempo di volo Wiley-McLaren (TOF). Le molecole sono ionizzate da impulsi laser focalizzati al centro della regione di estrazione, tra il repeller e gli elettrodi estrattori. Gli ioni prodotti vengono accelerati verso un rivelatore di piastre multicanale (MCP), dove viene registrato uno spettro di massa.</li>
	<li>Gli impulsi laser sono derivati da un laser a colorante pompato Nd:YAG, fornendo lunghezze d'onda di uscita tipiche intorno a 283 nm (esperimenti indolo) o 272 nm (esperimenti di 3-fluorofenolo) ed energie di impulso di pochi mJ. Le durate dell'impulso sono dell'ordine di 10 nsec e gli impulsi sono focalizzati con un obiettivo f = 750 mm ad una dimensione spot di ~ 100 μm nella regione di interazione.</li>
	<li>La sequenza di temporizzazione è controllata da un generatore di ritardo digitale che fornisce l'orologio master. Questo attiva il laser Nd:YAG (lampade flash e interruttore Q), la valvola pulsata e la scheda digitalizzatore utilizzata per registrare gli spettri di massa.</li>
	<li>Gli spettri di massa vengono registrati su una scheda digitalizzatore, attivati contemporaneamente all'interruttore Q laser. Le densità dei fasci molecolari vengono estratte da apposte porte di massa negli spettri registrati del tempo di volo.</li>
</ol>2. Produzione e caratterizzazione di un fascio molecolare selezionato conformer
<ol><li>Un fascio molecolare freddo delle molecole bersaglio viene creato attraverso l'espansione supersonica e caratterizzato utilizzando la profilazione spaziale (x, direzioni y) e temporale (direzione z).</li>
	<li>Caricare il serbatoio del campione della valvola pulsata con il campione chimico. Sciogliere campioni solidi in un solvente appropriato e posizionare alcune gocce su un piccolo pezzo di carta da filtro che viene inserito nella cartuccia del campione. Posizionare i campioni liquidi direttamente sulla carta da filtro.</li>
	<li>Produrre l'espansione supersonica, utilizzando un gas di supporto ad alta purezza ad alta pressione. Regolare la temperatura del serbatoio del campione all'interno della valvola in modo che la pressione parziale del campione sia di circa 10 mbar. Nota: per i campioni liquidi in genere non è necessario alcun riscaldamento. Il tempo di apertura della valvola dipende dal modello esatto di valvola pulsata utilizzata, per gli esperimenti qui presentati la valvola Even-Lavie viene azionata con una durata dell'impulso elettrico di 10 μsec.</li>
	<li>Caratterizzare il fascio molecolare prodotto con il deflettore elettrostatico spento. Impostare il laser di ionizzazione su una lunghezza d'onda nota per la ionizzazione multifotonica potenziata dalla risonanza (REMPI) di un particolare conformere del campione. Registrare un profilo temporale dell'impulso del fascio molecolare monitorando la resa totale degli ioni genitori sul rivelatore MCP in funzione del ritardo valve-laser.</li>
	<li>Fissare il ritardo valve-laser nella posizione di massima intensità per tutte le misurazioni successive.</li>
	<li>Registrare un profilo spaziale trasversale del fascio molecolare monitorando la resa totale degli ioni genitori in funzione della posizione y della messa a fuoco laser. Fallo spostando la lente di messa a fuoco perpendicolare alla direzione di propagazione laser, in modo che la messa a fuoco si muova nella direzione y rispetto al fascio molecolare.</li>
	<li>Ripetete la profilatura temporale e spaziale per tutti i conformiri di interesse per la trave. Nota: Questi in genere hanno risonanze REMPI distinte, in modo che ogni conformer possa essere sondato separatamente. In assenza di un campo di deflessione, tuttavia, i profili temporali e spaziali sono identici per tutti i conformi.</li>
	<li>Caratterizzazione della trave deviata. Accendere l'alimentazione ad alta tensione al deflettore e registrare i profili spaziali per tutti gli isomeri. Questi dovrebbero ora essere deviati in base al rapporto massa-dipolo momento. Nota: Per le specie sottoposte a grandi deformazioni potrebbe essere necessario spostare lo skimmer immediatamente dopo il deflettore per garantire una buona trasmissione del fascio deviato nella regione di rilevamento.</li>
	<li>Condurre esperimenti sulla parte conformere o sulla parte del fascio molecolare selezionata dalle dimensioni assicurando che l'interazione ( ad esempio un raggio laser di attraversamento) avviene all'interno della parte del fasciomolecolare contenente solo le specie di interesse.</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Durante questo manoscritto, si presume la familiarità con componenti a vuoto ultra-alto, valvole a fascio molecolare pulsato e sorgenti laser e le relative procedure di sicurezza dovrebbero sempre essere rispettate. È necessario prestare particolare attenzione quando si maneggiano gli elettrodi ad alta tensione per il deflettore. Le loro superfici devono essere lucidate secondo standard elevati e devono essere assolutamente pulite per evitare l'arco all'interno della camera a vuoto. Prima del primo utilizzo gli elettrodi devono essere cond...

I moderni esperimenti di fisica molecolare in fase gassosa e chimica fisica spesso usano espansioni supersoniche di molecole bersaglio per produrre campioni molecolari a freddo rotazionale all'interno di un fascio molecolare. Tuttavia, anche a basse temperature rotazionali di 1 K, che possono essere ottenute regolarmente utilizzando espansioni supersoniche, le grandi molecole possono ancora rimanere in conformazioni multiple all'interno delfascio 1. Allo stesso modo la produzione di ammassi molecolari in una sorgente di fascio non si traducono in una singola specie, ma piuttosto nella formazione di una "zuppa a grappolo", contenente molte stechiometrie a grappolo diverse, così come le molecole madri pure rimanenti. Ciò rende difficile lo studio di questi sistemi con nuove tecniche come l'imaging di orbitalimolecolari 2, distribuzioni angolari fotoelettroniche a fotogrammamolecolare 3-5 o elettronica6-10 e diffrazione a raggi X11-13, in quanto richiedono campioni puri, coerenti e omogenei nella fase gassosa.
Mentre sono ora disponibili diverse metodologie per separare diversi conformiri di specie cariche in fasegassosa (ad esempio tubi di deriva per la mobilitàioniche 14,15)e cluster carichi sono facilmente separati dal loro rapporto massa-carica, queste tecniche non sono applicabili alle specie neutre. Recentemente abbiamo dimostrato che questi problemi possono essere superati con l'uso di un dispositivo di deflessioneelettrostatica 16,17,consentendo la separazione di conformiri molecolari, nonché cluster e la produzione di fasci molecolari a freddo rotazionale.
L'uso della deflessione elettrostatica è una classica tecnica del fascio molecolare, le cui origini risalgono amolto tempo fa 18,19. Le prime idee di utilizzare la deflessione elettrostatica per la separazione degli stati quantici furono introdotte da Stern nel 192620. Mentre i primi esperimenti sono stati condotti su piccole molecole ad alte temperature, dimostriamo l'applicazione di questa tecnica a grandi molecole polari e ammassi abasse temperature 16,21.
Le molecole polari sperimentano una forza all'interno di un campo elettrico disomogeneo (E) a causa delle differenze spaziali nell'energia potenziale. Questa forza <img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px"> dipende dal momento di dipolo effettivo, μeff, della molecola e può essere valutata come
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg"> (1) 
Poiché diversi conformatori molecolari tipicamente possess diversi momenti di dipolo e diversi numeri di molecole di solvente all'interno di un ammasso portano a diverse masse di cluster e momenti di dipolo, queste specie sperimenteranno una diversa accelerazione in presenza di un forte campo elettrico disomogeneo. La forza dell'effetto Stark risultante da un campo elettrico disomogeneo può quindi essere utilizzata per la separazione di conformi e statiquantici 22. Questo è indicato nella Figura 1, che mostra le curve stark calcolate per gli stati rotazionali J = 0,1,2 del cis e dei trans conformatori di 3-fluorofenolo, rispettivamente. Ciò porta a grandi differenze nel μeff, come mostrato nelle figure 1c e 1d, e quindi un'accelerazione diversa è sperimentata dai due conformi in campi elettrici disomogenei. Pertanto, un dispositivo di deflessione elettrostatica può essere utilizzato come separatore del rapporto massa-dipolo (m/μeff), in analogia con uno spettrometro di massa che funge da filtro di rapporto massa-carica(m/z)23.
Inoltre, queste tecniche consentono la separazione degli stati quantici rotazionali24,25. Poiché gli stati rotazionali del suolo (curve blu nelle figure 1a e 1b) mostrano il più grande spostamento stark, questi saranno deviati di più e possono essere separati spazialmente dalle molecole negli stati J superiori 17. La parte più fredda di un fascio molecolare può quindi essere selezionata, favorendo significativamente in molte applicazioni, come l'allineamento e l'orientamento delle molecole bersaglio17, 26-28.
In questo contributo mostriamo come un dispositivo di deflessione elettrostatica può essere utilizzato per separare spazialmente diverse specie di grandi molecole polari e ammassi. Vengono presentati dati di esempio per la produzione di un fascio puro di un singolo conformere e di un cluster soluto-solvente di dimensioni e rapporto ben definiti. Nello specifico presentiamo i dati sul 3-fluorofenolo, dove viene prodotto un fascio puro contenente solo il trans conformere, e sugli ammassi di indolo-acqua, dove l'ammasso di indolo(H2O)1 può essere separato spazialmente dall'acqua, dall'indolo, dall'indolo(H2O)2, ecc.

<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

Gli esperimenti di fisica molecolare in fase gassosa e chimica fisica comunemente usano espansioni supersoniche attraverso valvole pulsate per la produzione di fasci molecolari freddi. Tuttavia, queste travi spesso contengono più conformi e grappoli, anche a basse temperature di rotazione. Presentiamo una metodologia sperimentale che consente la separazione spaziale di queste parti costitutive di un'espansione del fascio molecolare. Usando un deflettore elettrico il fascio è separato dal suo rapporto massa-dipolo momento, analogo a un bender o uno spettrometro di massa del settore elettrico che disperde spazialmente molecole cariche sulla base del loro rapporto massa-carica. Questo deflettore sfrutta l'effetto Stark in un campo elettrico disomogeneo e permette la separazione di singole specie di molecole e ammassi polari neutri. Inoltre permette la selezione della parte più fredda di un fascio molecolare, poiché gli stati quantici rotazionali a bassa energia generalmente sperimentano la più grande deflessione. Diversi isomeri strutturali (conformi) di una specie possono essere separati a causa della diversa disposizione dei gruppi funzionali, che porta a momenti di dipolo distinti. Questi sono sfruttati dal deflettore elettrostatico per la produzione di un campione conformativo puro da un fascio molecolare. Allo stesso modo, possono essere selezionate stechiometrie a grappolo specifico, poiché la massa e il momento di dipolo di un dato ammasso dipendono dal grado di solvazione intorno alla molecola madre. Ciò consente esperimenti su specifiche dimensioni e strutture degli ammassi, consentendo lo studio sistematico della solvazione di molecole neutre.

La tecnica di deflessione elettrostatica è stata applicata con successo alla separazione degli isomeristrutturali 16 e degli ammassi neutri21,nonché alla produzione di campioni molecolari selezionati a stato quanticorotazionale 31. Lo dimostriamo con risultati rappresentativi per la separazione di cis e trans conformatori di 3-fluorofenolo e cluster di indolo(H2O)n selezionati per dimensioni.
I conformiri 3-fluorofenoli...

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

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Presentiamo una tecnica che consente la separazione spaziale di diversi conformatori o ammassi presenti in un fascio molecolare. Un deflettore elettrostatico è usato per separare le specie dal loro rapporto massa-dipolo momento, portando alla produzione di insiemi in fase gassosa di un singolo conformere o stechiometria a grappolo.

Separazione spaziale di conformatori molecolari e cluster

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. Presentiamo una tecnica che consente la separazione spaziale di diversi conformatori o ammassi presenti in un fascio molecolare. Un deflettore elettrostatico è usato per separare le specie dal loro rapporto massa-dipolo momento, portando alla produzione di insiemi in fase gassosa di un singolo conformere o stechiometria a grappolo.

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.

Spettrometria di massa molecolare Larghezza Con Tunable Ultraviolet vuoto (VUV) Luce di Sincrotrone

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

Ricerca

Ingegneria

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.

Concurrent conducibilità quantitativa e meccaniche Misure Proprietà dei materiali organici fotovoltaici utilizzando 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.

Altissima densità Array of allineato verticalmente Nanofili organici piccola molecolari su substrati arbitrarie

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.

Misura e Analisi di idrogeno atomico e molecolare Diatomic AlO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, e TiO Spectra Following Laser-Induced Breakdown ottico

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.

probing C<sub&gt; 84</sub&gt; -Embedded Si sottofondo mediante scansione di sonda e microscopia dinamica molecolare

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.

Compositi nanostrutturati Ag-zeolite come Sensori di umidità a base di luminescenza

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.

Plasma-assistita Molecular Beam Epitaxy di N-polare InAlN-barriera transistori ad alta mobilità di elettroni

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.

Una tecnica Analog macroscopica per studiare i processi molecolari idrodinamici in denso gas e liquidi

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.

Fabbricazione di diodi Schottky su Zn-polar eterostruttura BeMgZnO/ZnO cresciuto di epitassia da fasci molecolari assistita da Plasma

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.

Assemblaggio molecolare navette arricchite reversibilmente attaccato 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 ...