この研究は、国立科学財団（NSFキャリアアワードCCF-0347303およびNSF助成CCF-0541105）によって賄われていた。著者は彼らの知的貢献のためにヤロスラフKřivánek、ジョン·ムーン、エドガー·ベラスケス·アルメンダリス、ヴェンツェル·ヤコブ、ジェームズハーヴェイ、スーザン·スアレス、エリスレーブ、およびジョンHermansonに感謝したいと思います。コー​​ネル球状ガントリはデュアンフルク、マルクLevoy、そしてシモンRusinkiewiczために設計から建設された。

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利害の衝突は宣言されていない。

多くの色素と構造着色の性能と機能を十分に認識されているものの、多くの外皮の形態は、その構造の詳細や機能が不十分な20を理解していることを非常に複雑である。外皮は、差動ビューアーに向けて一方向に光を反射するように、生物の表面上に空間的に変化する特殊化を開発しました。方向性が原因で事件と視野角の変化にそのカラーシフト主に虹色の研究に注目を集めており、生物学的な外皮の虹色の研究では、8,12,17主として1Dおよび2Dの一部の測定値を獲得している。しかし、一般的な6D測定は、他の方法で虹色又は外皮21-23の研究では日常的ではなかった、と生物のカラー表現型に関する文献は、本手法が提供するタイプの指向カラーデータの不足によって制限されます。 羽は特にrと枝、遠barbules、および近位barbules：バーブのミリスケール構造の配列を含んでなるICH外皮材料。要素とその複雑なアレンジの小規模ことが困難個々の要素の光散乱特性を識別するために行う。我々のプロトコルを正常にマクロスケールジオメトリーの影響からミリスケールの構造を単離した。羽の遠視野署名へミリスケール構造の方向性表現の機能的結果を特徴付けることで、我々は彼らの適応結果に照会を可能にしました。 我々は、スペクトル空間と角度分解能の間で実用的なトレードオフに直面していました。我々は我々の研究のために、高い空間、中角、低スペクトルを選びました。他の組み合わせが使用されますが、いくつかの（すべての高など ）unworkably長い測定時間につながる可能性があります。それが検討され、特定の現象のために重要である注意が集中している必要があります。 RGB CAを採用することを選択でベイヤーフィルタモザイクとメラ、私たちは、人間の視覚システムに合わせて、我々のプロトコルを設計しました。 RGBカメラを置き換えることができると我々のプロトコルは、任意の生物の相対的な色刺激を測定するように構成され、UVスペクトルの感度は、 例えば、トリテトラ有彩色のカラー24,25を測定するために必要とされる。分光イメージングカメラは、最も一般的な解決策25を提供するであろう。 我々は、彼らがカラフルなので、ターシャ翼羽で我々のプロトコルを示し、容易に基準プレートに対して平らに。残念なことに、金属板の開口は、羽根表面の一部だけを明らかにした。その反射率25を測定しながら、我々は同時に羽の表面の3次元形状を測定することができれば、我々は羽を平らに機械的に避け、代わりに自然な、平坦化されない状態で全体の羽を測定することができます。 データを視覚化するためのインタラクティブな、特化した、統合されたツールはsubstantiを提供アルでは、大量のデータを探索し、解釈する科学者にメリットがあります。統合と対話大きいデータで簡単に接続が観察される。当社のソフトウェアは、ユーザが対話的に表面位置（ 図4）の関数としての平均的な指向性散乱をプロットすることができます。我々のソフトウェアのさらなる開発は、インタラクティブな体験を拡張するために、他のプロット関数（ 図6、図7）を統合することができます。

生物の外皮の色とパターンは、ほとんどの動物の分類群における生態学的、社会的に重要な機能を果たしている。これらの表現型特性は、 空間的 （外皮の表面を横切っ）と指向方向（の照明および表示の変化に）変化する光の散乱を示すことができる外皮の構造と光の相互作用によって決定される。例えば、羽毛のような複雑な生物学的物質では、光散乱の方向はミリスケールジオメトリを繰り返す配向によって影響される。これらミリスケール構造自体は、しばしばミリスケール姿勢を継承メラニンアレイなどのナノスケール構造を埋め込んでもよい。からマクロスケールナノに、外皮の構造は生物のシグナル伝達能力を高めるために、機能的に進化してきました。全体的な外観により異なるスケールの形態の影響を評価するために、ツールへ生物学的構造の色を測定し、分析することは倍率の様々なスケールでの指向性光散乱を分離するために柔軟性が必要。 私たちは、羽の複雑かつ多様なミリスケールの形態（バーブ枝、遠barbules、および近位barbules）の性能は、ナノスケールの構造だけではから可能な表現の幅を拡大する方法研究する画像ベースの測定ツールを開発しました。カメラによって記録された単一の画像では、光反射率が空間的に変化した、すなわち、光が羽根の表面上の異な​​る位置で反射された異なって観察した。我々は羽に対して光とカメラ方向に移動すると、我々は、反射率は光反射率が1を指向的に変化し、すなわち、変更された観察した。これらの観察に続いて、私たちは念入りに我々は、suの2次元を捕獲したと球状ガントリ2,3を使用して、対象の周りに光とカメラを移動するためのプロトコルを設計しデータポートの位置（XとY）、 光方向の2次元（緯度·経度）と、 カメラ方向の2次元（緯度·経度）（ 図2）。ソフトウェアでは、視覚的に位置、照明方向と視線方向の関数として散乱光の6次元を探求。 色彩表現に- 例えば拡散対鏡面または等方性対異方性反射-外皮からの反射率にこれまでの研究では、あまりにも頻繁に方向性の寄与を割り引いています。ほとんどの色測定は、入射光、オブジェクトを固定し、指向性の影響を避けるために、慎重にジオメトリを表示している。例えば、色測定からの鏡面反射を除去するために、表面に垂直な光を置き、法線から45°における反射率を記録することが一般的である。一般的に一方向に変化する反射率へのリンクの形態を行う研究は、ナノスケールに焦点その虹色の影響4-8。少数の、遠視野光学署名8-11に、マイクロ、ミリ、およびマクロスケールジオメトリの寄与を考慮してください。このような棘枝、barbules、さらには全体羽6,8,11-17などの複数のミリおよび/ ​​またはマクロスケールの構成要素を含むことができる単一の関心領域にわたって集計反射率に光検出器を用いることが一般的である。関心領域のいずれかの検出器の解像限界より小さいまたはビューの検出器の視野の形状に適合していないときには、一般的なプロトコルは、特定のミリスケール素子8,10からの光の散乱を分離するために、試料解剖を指定する、13,15。 私たちはしばしば、他のより集中研究で無視多くの変数の探査を奨励し、測定データの集録と可視化のための、より包括的なプロトコルを開発しました。私たちは、方向とアクロスの球体上の光散乱を測定光と観察方向の系統的集合から取ら高ダイナミックレンジ、高解像度写真の大規模なセットを使用して空間のSAの領域。我々は、微細なスケールの画素検出器の2Dアレイで高分解能イメージングセンサを採用している。ハードウェアにおける集計は、我々が測定しているミリスケールの要素よりも小さいスケールで、ピクセルレベルで発生します。ユーザとしてソフトウェアで第二段凝集個々の画素は、関心領域の形状およびサイズ​​を選択する。従って、単​​一の測定セットを繰り返し、複数の生体関連位置およびスケールにおける材料と光の相互作用の様々な側面を探求するためにソフトウェアで分析することができる。切開を排除し、全体羽を測定することによって、我々のプロトコルは、天然コンテキストと、構成要素ミリスケール素子間の光の相互作用のある機能を保持する、無傷の羽の羽根の形態を残すという利点を有する。 生物のsからの光散乱体制は、定量化する多次元とは困難です。測定6D光散乱は、まだ特異楽器とのスケールの階層内の特定の形態に起因することはできません。しかし、我々はこの追求の重要なステップを行っている。 、サンプリング率ガントリーを使用してソフトウェアに大量のデータを探索し、グラフィカルにデータサブセットを可視化 - - 私たちは、3つの補完的な方法を包含するツールを開発したダウンに、素材上の任意のポイントで6D光散乱を測定するために我々の能力を拡張するミリスケール。当社のようなプロトコルが採用されているとして、我々は生物学者が開発の複数のスケールでの一方向と空間的に変化する特性と対応する構造的適応の無数を識別する予測。我々のツールを使用して我々はミリスケール構造の方向性と空間表現のシグナル伝達の可能性を特徴づけるに従事し、その適応結果に光を当てることを願っています。から：我々は、次のような質問の範囲に対応yは細かいスケールの要素または羽の総規模な地域を強く反映する観測点を、与えられた？どの細かいスケールの要素の向きが散乱光の方向に影響を与えるのでしょうか？何形態素条件は虹色の飾りのスパンコールの輝き対繻子光沢を作り出す？いくつかの種は、他よりも虹色を観察するための広範な &quot;窓&quot;を生成するのですか？これらの質問は、鳥やそれらの羽毛についてだけでなく、シグナリング、迷彩、またはその他の理由のための特定の表面外観を進化させてきた他の生物について求められることがあります。

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

光は空間スケールのさまざまな生物の外皮と対話します。虹色の鳥の例では：ナノスケールの構造色を作り出す;棘とbarbulesのミリスケールの構造は、主に反射光の指向性パターンを決定し、重複、湾曲した羽のマクロスケール空間構造を通じて、これらの方向性の効果が作成視覚的な質感。生物の体に、どのような観点から、どのような照明の下で、虹色が見ている場所ミリスケールとマクロスケールの効果が決定されます。このように、ハチドリの虹色の喉から鮮やかな色の指向性の高いフラッシュが不十分なだけでは、そのナノスケール構造によって説明し、疑問が残っている。羽のミリスケールの要素が強く反映して配向している与えられた観測点から、？いくつかの種は、他よりも虹色を観察するための広範な &quot;窓&quot;を生成するのですか？これらと同様の質問さmAYは、シグナリング、迷彩、またはその他の理由のための特定の表面外観を進化させてきた任意の生物について質問する。 羽からの光散乱の指向性パターンを研究し、鳥のミリスケールの形態との関係にするために、我々は、照明および表示方向を変えて撮影した多くの高解像度写真を用いて生物学的物質からの散乱光を測定するためのプロトコルを開発した。我々は方向の関数として散乱光を測定するので、我々はその特定の羽からの散乱光の指向分布の特徴を観察することができ、そして棘とbarbulesが私たちの画像で解決されているので、我々は明らかに、これらの異なるに指向機能を帰することができますミリスケールの構造。標本をそのまま保つことは自然界で見られる総規模散乱挙動を維持します。ここで説明する方法は、空間的·分析一方向-VAのための一般的なプロトコルを提示複数の構造的なスケールで複雑な生物学的物質からの光散乱を帳簿。

我々のプロトコル（ 図1のルーチンI）の主な測定は、表面に垂直カメラの向きを固定し、光だけを動かした。互恵の原則に光散乱付着しているので、結果は半球、またはその逆の上に光を移動させながら、我々はカメラを一定に保持するかどうかと同じです。我々は、カメラやライトのどちらかを修正する場合は、完全な4次元方向セットがアンダーサンプリングされています。主要な測定とは異なり、光とカ​​メラの両方が正常な方向に多数の内表面から離れて移動すると、散乱挙動の全体像が観察される。理想的には、対称的なデータセットを得るためにも、入射光方向の数だけ、多くのカメラの方向からの光散乱を測定することができる。実際には、これはあまりにも多くのエクスポージャーを必要とするであろう。我々の経験では、カメラ数回assuを移動させることによって、異なる観察位置に関する十分な情報を得ることができる明180表面正常°程度回転対称。二次測定フェーズの間に、我々は半球の上と天頂18,19（ 図1のルーチンII.A）の60°内で配布さ7観察方向からの測定値を取得しました。 この論文の図では、我々はLamprotornis purpureus（パープル光沢ムクドリ）、虹色の光沢のある、かつ異方性となっている反射率（ 図5）の羽から測定代表的なデータを示しています。 7視方向のそれぞれにおいて、反射光は半球上に入射する照明方向、数百から収集される。方向は、羽の中心軸（ 図4の羽の画像を参照）に直交する向きの狭いバンドを結成。虹色のカラーシフトは微妙です（垂直入射で青緑色と斜入射で緑がかった青）{0°、0＆ドに見られるような羽は、その表面に通常の見たときG; 図5の} RGBプロット。視野角のアプローチの放牧として、視線方向と放牧入射方向間の角度が見られるように、より印象的なカラーシフト（入射と観察方向の間で240°0°とマゼンタで青緑色）につながる、最大化され{60°、0°} 図5のRGBプロット。 我々は1次元に動きを制限するときに我々ははるかに細かい角度分解能で光とカメラのステップに余裕ができます。 図6は L.の反射率の色度を示しています入射視方向は、遠位小羽枝の長手軸に垂直な鏡面バンドを含む平面内に入射し、視野方向の間の角度の関数としてpurpureus羽 。色空間を経由して虹色アークとして、色相は青緑から紫にシフト。 空間変数<html>ここで、別の方向の反射率のATIONが表示されている（X、Y）が異なるミリスケールの構造に対応する外皮の座標。 L.の場合purpureus唯一つの構造-遠小羽枝は-地域の中で最も上に表示されます。対照的に、Cのcupreusは 、3ミリスケールの構造が-枝、遠barbules、および近位barbules -はっきりデータで区別され、我々は羽からその反射率を観察することができます（ 図8）の各構造の縦軸に対して配向されている。 <img alt="図1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig1.jpg" /> 図1。この概略図には、2つの取り付け方法、球状ガントリ座標系、買収サンプリングの種類と、それぞれの結果を示す。<html> / ftp_upload/50254/50254fig1large.jpg &quot;ターゲット=&quot; _blank &quot;&gt;より大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig2.jpg" /> 図2。平坦羽、ターゲットの輪に囲まれた金属板の開口部を通して見える。球状ガントリーが複数の入射照明や ​​観察方向に羽からの光散乱を測定するために提起することができます。 L =ライトアーム（緯度）。 C =カメラアーム（緯度）。 B =カメラベース（経度）。 T =ターンテーブル（経度）。 F =フェザー。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig3.jpg" /> 図3。平均指向性散乱は、点、線又は羽毛羽根の矩形領域から計算することができる。 p_upload/50254/50254fig4highres.jpg &quot;SRC =&quot; / files/ftp_upload/50254/50254fig4.jpg &quot;/&gt; 図4。プロット関数指向性散乱の例（R * =反射率、T * =透過率、P * =トップ、F * =フロント、S * =サイド、* =任意）とカラースキーム（* 1 =輝度、* 2 = RGB 、* 3 =色度） <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig4large.jpg" target="_blank">より大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください</a> 。 <img alt="図5" fo:content-width="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig5.jpg" /> 図5。輝度（上）と（仰角、方位角）座標対から見た方向余弦空間での半球反射率のRGBカラー（下）：{0°、0°}、{30°、0°}、{ 30°、90°}、{60°、0°}、{60°、45°}、{60°、90°}、と{60°、135°}。反射率がある<html>ターシャL.の横方向の羽根の25×25画素の矩形領域から平均化purpureus（パープル光沢ムクドリ）羽。赤い矢印は、カメラの方向を表しています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig5large.jpg" target="_blank">より大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください</a> 。 <img alt="図6" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig6.jpg" /> 図6。入射照明や ​​観察方向の中間角度の関数としての反射率の色度：CIE 1976制服色度スケール（USC）拡大された領域には、 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig6large.jpg" target="_blank">より大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください</a> 。 / &quot;SRC =&quot; / files/ftp_upload/50254/50254fig7.jpg &quot;を50254/50254fig7highres.jpg /&gt; 図7。入射照明と観察方向の間の角度の関数としての反射率が、遠位小羽枝の長手方向軸（斜線）へと、面内（赤）と直交する：（A）ドミナント波長、（B）パーセント彩度、（C ）パーセント輝度。色むらプロットにおける反射のRGBカラーです。負の波長の値は、非スペクトル紫の三角形内の色を表しています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig7large.jpg" target="_blank">より大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください</a> 。 <img alt="図8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig8.jpg" /> 図8。 C.隣接する2つの枝の間に遠barbulesと近barbulesの平均方向反射率cupreus（AFコスタリカエメラルドカッコウ）。 <img alt="図9" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig9.jpg" /> 図9。ガントリーランプに照らさ（A）非整流画像は、カメラのフラッシュに照らさ（B）非整流画像、（C）アフィン変換、フラッシュ照射画像の奥行き内（D）許容鋭い目標で濾過対象候補フィールド、（E）整流ランプ照射画像、（F）回転羽がトリミングされ、マスクされ、アップするヒント。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig9large.jpg" target="_blank">より大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください</a> 。

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

私たちは、構造的に複雑な材料からの散乱光の方向に空間的な変化をサンプリングするための非破壊的手法を提案する。同時に高分解能イメージングの微細スケールの方向の貢献を取り込む際に材料をそのまま維持することによって、我々は、総規模散乱挙動を保つ。結果は、生体関連ポジションとスケールでソフトウェアで可視化する。

生物材料からの空間的及び道順変化する光散乱の測定

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 ビュー.  Cornell University. 私たちは、構造的に複雑な材料からの散乱光の方向に空間的な変化をサンプリングするための非破壊的手法を提案する。同時に高分解能イメージングの微細スケールの方向の貢献を取り込む際に材料をそのまま維持することによって、我々は、総規模散乱挙動を保つ。結果は、生体関連ポジションとスケールでソフトウェアで可視化する。

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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.

空間的に閉じ込められた複合酸化物の作製

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

工学

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.

1〜2平面フロー小角中性子散乱を用いた材料の微細構造の下で流量を測定

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.

中性子スピンエコーを使用して放牧発生率散乱を解決し、有機太陽電池材料を調査する

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.

シングルプラズモニックナノ粒子からの散乱非線形性の測定

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.

形状記憶基づきElastocaloric冷却プロセスの調査とモデル検証のための実験方法

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.

眼内レンズからの前方散乱光および後方散乱光を定量的に評価するための走査型光散乱プロファイラ（SLPS）に基づく方法論

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.

材料の分析のための高速連続誘導ブリルアン散乱分光器

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.

励起と発光と表面プラズモンのレートを結合の定量

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.

・鉱物及び岩石試料の蛍光を放射光 x 線回折

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.

PVDF 膜センサーによる上方ジャンプ アメンボの脚に行動力の測定

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, ...