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

1. Pianificazione degli esperimenti <ol><li> Sintetizzare o ottenere i nanocristalli di interesse 13 (Figura 1a). </li><li> Evitare qualsiasi confusione con il segnale di fondo facendo in modo che il materiale del substrato non ha picchi sovrapposti nello spettro Raman dei nanocristalli (Figura 1a). </li><li> Accendere il laser del setup spettroscopia Raman. Attendere un tempo sufficiente (circa 15 min) per l&#39;intensità del laser per stabilizzare. </li><li> Misurare un riferimento di massa del nanomateriale da analizzare 12 (figura 1b), seguendo i passi di misura descritti al punto 2. Dalla posizione di picco del materiale sfuso, stimare il relativo turno di 12. </li><li> Stimare la potenza del laser Raman richiesta per le misurazioni utilizzando diversi poteri sui nanocristalli da misurare. Inizia una misurazione con la potenza più bassa possibile per ottenere il segnale abbastanza (il rapporto tra l&#39;intensità di picco per ilrumore di fondo deve essere almeno di 50), e aumentare la potenza del laser, se necessario, fino a quando la posizione e la forma del picco Raman nanocristalli rimane uguale 12,13. </li></ol> 2. Spettroscopia Raman di nanocristalli di Interesse <ol><li> Caricare il campione con nanocristalli di polvere depositata sul substrato nella camera di misura. Nota: Le dimensioni del substrato non sono critiche (può essere da millimetri a decine di centimetri) fintanto che si adatta alla fase portacampioni. La polvere o lo spessore film sottile dovrebbero essere almeno decine di nanometri di avere segnale rilevabile da Raman spettroscopio. Per la fase porta substrato planare, semplicemente fissare il substrato sotto l&#39;ottica (Figura 1b). <ol><li> Assicurarsi che il &quot;Laser&quot; e le luci &quot;attivi&quot; sono prima di aprire la porta in modo da essere al sicuro dalla illuminazione indesiderata del laser operativo. Se queste luci non sono spenti, eseguire le azioni in fasi 20,5 e 2,6. Il segno &quot;interblocco&quot; rimane sempre attiva. </li><li> Premere il tasto &quot;Sblocca porta&quot; e aprire la porta della camera di misura, e mettere il campione sul palco supporto del campione (figura 1b). </li></ol></li><li> Regolare la messa a fuoco del campione da misurare per ottenere il segnale più elevato possibile. <ol><li> Selezionare obiettivo 50X e concentrarsi sulla superficie della polvere nanocristalli (Figura 1b). </li><li> Portare il campione sotto messa a fuoco utilizzando la direzione z manipolatore del supporto del campione. Controllare la chiarezza dell&#39;immagine organica da parte della ripresa dal vivo sullo schermo del computer. </li><li> Chiudere la porta della camera di misura. </li><li> Rimuovere l&#39;otturatore facendo clic sul pulsante &quot;scatto-out&quot; dal software Renishaw, e lasciare che il brillare di luce laser sul campione da misurare. Osservare che il &quot;Laser&quot; e cartelli &quot;attivi&quot; ora lampeggia verde e lampeggia in rosso, rispettivamente. Nell&#39;immagine in diretta dalle screen, il laser sarà visibile (Figura 1c). </li><li> Dall&#39;immagine in diretta, mettere a punto la messa a fuoco del campione utilizzando il manipolatore ruota fino a quando il punto laser più piccolo, che è la migliore messa a fuoco, si osserva l&#39;immagine live. </li></ol></li><li> Impostare una misura dal software di analisi Renishaw come descritto di seguito (Figura 1d). <ol><li> Da &quot;misura&quot; selezionare nuova opzione di acquisizione spettrale. </li><li> Nella finestra pop-up, impostare il campo di misura da 150 a 700 cm - 1, impostare il tempo per la misura del 30 sec, il numero totale di acquisizione come 2x, e la percentuale della potenza del laser di 0,5% (di un 25 mW laser) da utilizzare durante la misurazione. Accetta i parametri inseriti, e la finestra sarà chiuso. </li><li> Avviare la misurazione facendo clic sul pulsante di avvio acquisizione nel menu-bar. Durante la misurazione del &quot;Laser&quot; e le luci &quot;attivi&quot; rimarrannoon. </li></ol></li><li> Non aprire la camera di misura quando queste luci sono come il laser è in funzione e viene eseguita la misurazione. </li><li> Dopo la misurazione è terminata, mettere l&#39;otturatore in cliccando &quot;scatto in&quot; pulsante dal software Renishaw. Osservare che le luci del &quot;Laser&quot; e &quot;attiva&quot; sono disattivati. Premere il tasto &quot;Sblocca porta&quot; e quindi aprire la porta della camera di misura. </li><li> Prima di prendere il campione fuori, abbassare il tavolino porta-campioni con z-manipolatore fino ad ottenere una distanza di sicurezza tra il campione misurato e la superficie della lente di ingrandimento per rimuovere il campione. Quindi, mettere il campione al suo contenitore. </li><li> Spegnere il laser. </li><li> Salvare i dati in formato software Renishaw, &quot;.wxd&quot;, e nel formato di file di testo, &quot;.txt&quot;. Quest&#39;ultimo sarà utilizzato per l&#39;analisi dei dati sperimentali. </li></ol> 3. Formato Distribution Determinazione della nanocristalli di Interesse <ol><li> Aprire i file di testo delle misure per la misurazione nanocristalli, e il riferimento di massa. </li><li> Prima di tracciare i dati, liscia utilizzando spline cubica, e normalizzare i dati a 1 nelle rispettive posizioni di picco più elevati al fine di avere un buon confronto degli spostamenti dei picchi relativi. </li><li> Tracciare i dati nanocristalli di silicio e di silicio di riferimento, determinare la posizione di picco del silicio di riferimento, e stimare la quantità di spostamento, se del caso, dalla posizione di picco attuale di 521 cm -1. 12 Allora salvare i dati nanocristalli di silicio trattati come .txt file. </li><li> Avviare la procedura di installazione. <ol><li> Per la procedura di installazione, digitare la funzione di montaggio mostrato a figura 2f in un programma di analisi come Mathematica. </li><li> Importare i dati normalizzati e corretti come input per il modello di montaggio non lineare con il comando &quot;Importa&quot;. </li><li> Assicurarsi che l&#39;intervalloper asimmetria è compreso tra 0,1 e 1,0, e l&#39;intervallo di dimensioni medio è compreso tra 2 e 20 nm nm. </li><li> Se necessario, inserire ulteriore picco (s) sotto la vetta misurata utilizzando la funzione di raccordo e ripetere i passaggi 3.4.2 e 3.4.3 per adattarsi alla altre sub-distribuzione (s). </li><li> Premere il tasto &quot;Shift + Enter&quot; per eseguire la procedura di montaggio. </li><li> Dopo di che, inserire i valori ottenuti per la dimensione media e la skewness nella funzione di distribuzione generica predefinita mostrato in Figura 2b. </li><li> Dopo di che, inserire i valori ottenuti per la dimensione media, D 0, e l&#39;asimmetria, σ, nella funzione di distribuzione generica predefinita mostrata nella Figura 2b. </li><li> Impostare il limite inferiore della dell&#39;integrale come 1 nm. Impostare il limite superiore di integrazione a qualsiasi dimensione che non presenta alcun cambiamento nello spettro Raman (20 nm per Si-NC) 12. </li><li> Integra la funzione di distribuzione in Figura 2b </strong&gt; come una funzione della dimensione nanocristalli utilizzando la definizione funzione integrale un&#39;analisi dei dati e rappresentazione grafica del programma impostando le dimensioni inferiori e superiori come confini integrali (1-20 nm per Si-NC). Trama Φ (D) vs D per dare la distribuzione delle dimensioni. In alternativa, per un insieme di valori j (D) per ciascun valore di D (per esempio, da 1 a 20 nm per Si-NC con un incremento di 1 nm) e grafico Φ (D) vs. D, che è la dimensione distribuzione. </li><li> Se esiste una distribuzione di dimensione multi-modale, innanzitutto definire i picchi da installare per altre distribuzioni di dimensione. Poi, stimare le frazioni volumetriche di distribuzioni di dimensioni diverse con rispetto all&#39;altro trovando dapprima le aree di ciascun picchi ottenuti dopo deconvoluzione dei dati di misura (con la procedura dimensioni determinazione di distribuzione) e poi calcolando il rapporto areale di ogni picco rispetto alle il picco Raman totale. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Primo punto discussione è passaggi critici all&#39;interno del protocollo. Per non avere picchi sovrapposti con il materiale di interesse, è importante utilizzare un altro tipo di materiale di substrato, come indicato al punto 1.2. Per esempio, se Si-NC sono di interesse, non utilizzare substrato di silicio per le misure Raman. In figura 1 a, per esempio, Si-NC sono stati sintetizzati su substrati plexiglass, che ha segnale completamente piatta all&#39;incirca intorno nell&#39;intervallo di interesse,...

Nanocristalli semiconduttori attirano l&#39;attenzione come le loro proprietà elettroniche e ottiche possono essere sintonizzati semplicemente cambiando le loro dimensioni nella gamma rispetto al loro rispettivi raggi eccitone-Bohr. 1 Queste caratteristiche uniche dipendenti dalle dimensioni rendono questi nanocristalli rilevanti per varie applicazioni tecnologiche. Ad esempio, effetti carrier moltiplicazione, osservate quando un&#39;alta fotoni di energia viene assorbita dai nanocristalli di CdSe, Si e Ge, può essere utilizzato nel concetto di conversione dello spettro in applicazioni di celle solari; 2 - emissione ottica 4 o dimensione-dipendente dal PbS-NC e Si-NC possono essere utilizzati in applicazioni diodo luminoso (LED). 5,6 A conoscenza precisa e controllo sulla distribuzione della dimensione dei nanocristalli sarà quindi un ruolo determinante sull&#39;affidabilità e le prestazioni di queste applicazioni tecnologiche basate su nanocristalli. Le tecniche comunemente utilizzate per la dimensione dISTRIBUZIONE e morfologia analisi dei nanocristalli può essere elencato come diffrazione di raggi X (XRD), microscopia elettronica a trasmissione (TEM), spettroscopia di fotoluminescenza (PL), e spettroscopia Raman. XRD è una tecnica cristallografica che rivela informazioni morfologica del materiale analizzato. Dalla allargamento del picco di diffrazione, stima della dimensione nanocristalli è possibile, 7 tuttavia ottenere un dato chiaro è solitamente richiede tempo. Inoltre, XRD può abilitare solo il calcolo della media della distribuzione delle dimensioni nanocristalli. Nell&#39;esistenza di distribuzioni di dimensione multimodali, l&#39;analisi della dimensione con XRD può essere fuorviante e portare a interpretazioni errate. TEM è una tecnica potente che permette l&#39;imaging dei nanocristalli. 8 Sebbene TEM è in grado di rivelare la presenza di singole distribuzioni in una distribuzione di dimensione multimodale, problema preparazione del campione è sempre uno sforzo per essere speso prima delle misure. Inoltre, lavorando su nano densamenteinsiemi di cristallo con dimensioni diverse impugna causa della difficoltà di immagini nanocristalli individuale. Spettroscopia di fotoluminescenza (PL) è una tecnica di analisi ottica, e nanocristalli otticamente attivi può essere diagnosticata. Distribuzione dimensionale nanocristallo è ottenuto dall&#39;emissione size-dipendente. 9 causa della loro scarsa proprietà ottiche delle nanoparticelle indiretti Gap Band, grandi nanocristalli non soggetti al confinamento effetti e ricchi di difetti piccoli nanocristalli non può essere rilevato da PL e la dimensione osservata distribuzione è limitata solo a nanocristalli con buone proprietà ottiche. Sebbene ciascuna di queste tecniche sopra menzionate ha i suoi vantaggi, nessuno di essi hanno la capacità di soddisfare le aspettative (cioè, essere veloce, non distruttivo, affidabile e) da e idealizzato tecnica di analisi dimensioni. Un altro strumento di analisi distribuzione delle dimensioni di nanocristalli è spettroscopia Raman. Spettroscopia Raman è ampiamente disponibilenella maggior parte dei laboratori, ed è una tecnica veloce e non distruttivo. Inoltre, nella maggior parte dei casi, la preparazione del campione non è richiesta. Spettroscopia Raman è una tecnica vibrazionale, che può essere utilizzato per ottenere informazioni su differenti morfologie (cristallini o amorfi), e dati relativi alle dimensioni (dal passaggio size-dipendente sulle modalità fononi che compaiono nello spettro di frequenza) del materiale analizzato . 10 La caratteristica unica della spettroscopia Raman è che, mentre le variazioni dipendenti dalle dimensioni vengono osservati come spostamento nello spettro di frequenza, la forma del picco fonone (ampliare, asimmetria) fornisce informazioni sulla forma della distribuzione dimensionale nanocristalli. Pertanto è in linea di principio possibile estrarre le informazioni necessarie, cioè, la dimensione media e il fattore di forma, dallo spettro Raman di ottenere la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli analizzati. Nel caso di distribuzioni di dimensione multimodali sotto-distribuzioni possono essere identificati separatamente tramite deconvoluzione dello spettro Raman sperimentale. Nella letteratura, due teorie sono comunemente noti per modellare l&#39;effetto della distribuzione granulometrica nanocristalli sulla forma dello spettro Raman. Il modello legame polarizzabilità (BPM) 11 descrive la polarizzabilità di un nanocristallo dai contributi di tutti i legami all&#39;interno di quella dimensione. Il modello fonone confinamento una particella (PCM) 10 utilizza variabili fisiche dipendenti dalle dimensioni, cioè, slancio cristallo, frequenza fonone e dispersione, e il grado di confinamento, per definire lo spettro Raman di un nanocristallo con una dimensione specifica. Poiché queste variabili fisiche dipendono dalla dimensione, una rappresentazione analitica del PCM che può essere esplicitamente formulized in funzione della dimensione dei nanocristalli può essere definito. Proiezione questa espressione in una funzione di distribuzione dimensioni generica sarà quindi in grado di spiegare l&#39;effetto della distribuzione granulometrica nel PCM, che può essere utilizzato per determinare il nanocrdistribuzione dimensionale ystal dallo spettro Raman sperimentale. 12

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

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

L&#39;analisi della distribuzione delle dimensioni nanocristalli è un requisito fondamentale per l&#39;elaborazione e l&#39;ottimizzazione delle loro proprietà dipendenti dalle dimensioni. Le tecniche comuni utilizzati per l&#39;analisi dimensioni sono microscopia elettronica a trasmissione (TEM), diffrazione di raggi X (XRD) e la spettroscopia di fotoluminescenza (PL). Queste tecniche, tuttavia, non sono adatti per analizzare la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli in un facile, non distruttivo e maniera affidabile allo stesso tempo. Lo scopo del nostro lavoro è quello di dimostrare che la distribuzione delle dimensioni nanocristalli semiconduttori che sono soggetti a effetti fonone confinamento dipendenti dalle dimensioni, può essere stimato quantitativamente in modo non distruttivo, veloce ed affidabile utilizzando la spettroscopia Raman. Inoltre, le distribuzioni di formato misto possono essere sondato separatamente, ei loro rispettivi rapporti volumetrici possono essere stimate utilizzando questa tecnica. Per analizzare la distribuzione delle dimensioni, abbiamo formulized un&#39;espressione analitica di PCM una particella e projected esso su una funzione di distribuzione generico che rappresenterà la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli analizzato. Come esperimento modello, abbiamo analizzato la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli di silicio free-standing (Si-NC) con distribuzioni di dimensione multimodali. Le distribuzioni di dimensione stimati sono in eccellente accordo con TEM e PL risultati, rivelando l&#39;affidabilità del nostro modello.

Per usando la spettroscopia Raman come uno strumento di analisi dimensioni, un modello per estrarre le informazioni di dimensioni relative da uno spettro misurato Raman è necessario. La Figura 2 riassume la multi-particella modello fononi confinamento analitico. Funzione fononi confinamento 12 All-size-dipendente (Figura 2 c) è proiettato su una funzione di distribuzione formato generico (figura 2 b), che viene scelto come una funzione di distribuzione logn...

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

Dimostriamo come determinare la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli semiconduttori in modo quantitativo utilizzando la spettroscopia Raman impiegando un multi-particella modello fononi confinamento analiticamente definiti. I risultati ottenuti sono in ottimo accordo con le altre tecniche di analisi dimensione come microscopia elettronica a trasmissione e la spettroscopia di fotoluminescenza.

Caratterizzazione di nanocristalli Dimensione distribuzione utilizzando Spettroscopia Raman con un Multi-particella Phonon confinamento Modello

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

characterization-nanocrystal-size-distribution-using-raman

Research

JoVE Journal

Engineering

13.4K Views.  Eindhoven University of Technology.  Dimostriamo come determinare la distribuzione delle dimensioni dei nanocristalli semiconduttori in modo quantitativo utilizzando la spettroscopia Raman impiegando un multi-particella modello fononi confinamento analiticamente definiti. I risultati ottenuti sono in ottimo accordo con le altre tecniche di analisi dimensione come microscopia elettronica a trasmissione e la spettroscopia di fotoluminescenza. 

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

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

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

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

Controllo della dimensione, forma e stabilità dei polimeri supramolecolari in acqua

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

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Ingegneria

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

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

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

Sintesi di fase-shift nanoemulsioni con distribuzioni di dimensioni strette per vaporizzazione Droplet acustico e Bubble-enhanced Ultrasound-mediata Ablazione

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

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

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

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

Scansione-sonda a singolo elettrone Capacità Spettroscopia

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

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

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

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

Quantum Ingegneria State of Light con onda continua Optical Parametric Oscillatori

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

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

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

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

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Rilevamento di Biomolecole Utilizzando EBL manufatti nanostrutturati Substrati

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

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

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

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

Risonanza Spettroscopia Raman di estrema nanofili e altri sistemi 1D

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

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

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

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

Caratterizzazione del set completo Materiale costanti ed i loro dipendenza dalla temperatura dei materiali piezoelettrici Utilizzando risonanza ultrasuoni Spectroscopy

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

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

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

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

Alta Risoluzione Phonon-assisted Quasi-risonanza spettroscopia di fluorescenza

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

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

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

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

Fabbricazione di inorganici nanocristalli fotovoltaici dispositivi completamente Soluzione Processing

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

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

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

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

Misurare Spray Dimensione Goccia dagli ugelli agricole con laser diffrazione

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