Research is carried out at the Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory, which is supported by the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, under Contract No. DE-SC0012704.

注意：使用する前に、関連するすべての物質安全データシート（MSDS）を参照してください。ナノ材料は、そのバルク対応物に比べて付加的な危険性を有していてもよいです。工学的制御（ヒュームフード）と個人用保護具の使用を含む、ナノ材料で覆われた基板を取り扱うときは、すべての適切な安全対策を使用してください（安全メガネ、手袋、白衣、完全長ズボン、靴、つま先を閉じました）。 1.準備作業<ol><li>蒸着システムの調製<ol><li>大気圧に堆積チャンバをベントし、チャンバを開きます。通気は、自動的に大気圧にベント室シーケンスを開始する制御ソフトウェアインタフェースの「スタートPCベント」ボタンを押すことによって行われます。大気圧に達するとフロントアクセスドアを引いて、チャンバーを開きます。 </li><li>熱蒸着、一対の電極間にタングステン蒸着ボート（アルミナコーティングされた）をマウントします。場所1蒸着ボートにペレットビスマスグラム。 </li><li>マグネトロンスパッタ源にバナジウムスパッタリングターゲットをマウントします。スパッタ源を搭載していない堆積システムのための）1.1.4のステップを参照してください。 </li><li> （オプション、スパッタ源が装備されていない堆積システムのための ）熱蒸着、一対の電極間にタングステン蒸着用ボートをマウントします。蒸発ボートに0.5グラムのバナジウムスラグを置きます。 </li><li>堆積システムの電気フィードスルーに閉ループ温度コントローラの（温度プローブの加熱/冷却能力のための2つおよび2）のミニバナナコネクタを接続します。 </li></ol></li><li>成長基板の調製 注意：ビスマスナノワイヤーの形成は選択の成長基板の影響を受けません。同様の結果は、スライドガラス、シリコンウエハ、または金属薄板から得られました。これは、基板は、蒸気の直前に洗浄しなければならない著者によって推奨されます堆積プロセス、バナジウム下層の一貫した接着を達成するために。プラズマ洗浄及び湿式化学洗浄を含む様々な基板洗浄技術は、適用され、同様の結果をもたらすことができます。 <ol><li>酸素プラズマによる成長基板を洗浄<ol><li>プラズマクリーナーに成長基板を配置し、10ミリトールのそのベース圧力に、ボタン「ON VAC &quot;を押すことにより、チャンバーをポンプ。 </li><li>酸素ガスのバルブを開いて、前面パネルのボタンを「ON GAS」を押すと、チャンバに酸素ガスを導入し、チャンバ圧を維持するために、「INCR」とガス流量制御のための「DECR」ボタンを押すことにより、流量を調節約100ミリトール。 </li><li>電力制御のために「INCR」と「DECR」ボタンを押して、20 Wのプラズマパワーを設定し、ボタンを「ON RF」を押すことでプラズマを点火。 </li><li>押して、プラズマをオフにする前に5分間待ってください」; RF ON BLEED「ボタン」ボタンを押すことによって、チャンバをベント」と、基板を取り出します。 </li></ol></li><li>湿式化学法による成長基板を洗浄<ol><li>ビーカーに入れたアセトンの成長基板を浸し。超音波装置にビーカーを置き、最大電力で2分間超音波処理します。 </li><li>ビーカーから基板を取り外し、30秒間洗浄瓶から無水アルコールのストリームでそれらをすすぎます。 </li><li>窒素ガス流に基板を乾燥させます。 </li></ol></li></ol></li><li>基板ローディングと堆積システムのポンプ<ol><li>基板ホルダに基板温度制御アセンブリを取り付けます。 </li><li>ペルチェクーラー/ヒーターアセンブリの上に成長基板を取り付けるためにスプリングクリップを使用してください。 </li><li>蒸着源に面する基板と、蒸着チャンバー内に完全に組み立てられた基板ホルダーを取り付けます。に電気的フィードスルーを接続しますペルチェクーラー/ヒーターアセンブリ。 </li><li>基板に意図しない堆積を回避するために、基板シャッターを閉じます。 </li><li>堆積チャンバをポンプダウンを開始します。ポンプは自動的にベース圧力までチャンバをポンピングシーケンスを開始する制御ソフトウェアインタフェースの「PCのポンピングを開始」ボタンを押すことによって行われます。 </li></ol></li></ol>ビスマスナノワイヤーの成長2。 注：堆積チャンバーのベース圧は、以下の2×10 -6 Torr以下になるまでの実験は、次のステップに移動していません。 <ol><li>バナジウム下地層の堆積 注：バナジウム下地層をマグネトロンスパッタリング法により成膜されたときに最高の実験の再現性が達成されます。スパッタリング源の不存在下で、高い再現性も依然として熱蒸発法を使用して、バナジウム下地層を堆積させることによって達成することができ、その堆積システムヘクタールを提供SA低いベース圧力（≤5×10 -7トル）。詳細については、3.1.2のステップを参照してください。 <ol><li>マグネトロンスパッタ源とバナジウム堆積。 <ol><li>スパッタ源にアルゴンの流れを開始します。 40 SCCMに設定流量。 </li><li> 2.5ミリトールのチャンバ圧力のためのターボ分子ポンプの回転速度を調整します。 </li><li>チャンバーは徐々に定常状態の圧力に達している間、QCMの厚さの校正係数を設定します。バナジウムの場合、密度は5.96グラム/ cm 3であり、Z-ファクターは0.530です。 </li><li> DCスパッタ源をオンにして、著者が運営する堆積システムの場合200〜250 W.の電力を設定し、堆積速度は、この電力で約0.4オングストローム/秒です。基板シャッターを開くことなく、2分間実行しているソースを保持します。 注：この工程によりバナジウム源の自然酸化が新鮮なバナジウム表面を露出、削除されます。 </li><li>バナジウムを開始するために、基板シャッターを開きdepositioN。一方で、ゼロにQCMの累積厚さをリセットします。 </li><li> 20nmの見かけの厚さは、QCMの読み取りごとに、蓄積されるまでの堆積を続けます。基板シャッターを閉じます。 </li><li>徐々にゼロにスパッタ電力を下げます。ソースをオフにします。 </li><li>アルゴンの流れを遮断します。そのフルパワーにターボ分子ポンプを返します。 </li></ol></li><li>熱蒸発源とバナジウム堆積（ スパッタ源が装備されていない堆積システムのために、オプション）。 <ol><li>バナジウムの高融点（1910へ ℃）と酸化への準備は、それは、その熱蒸着は5×10 -7 Torr以下のベース圧力で実施されることをお勧めします。 </li><li> QCMの厚さの校正係数を設定します。バナジウムの場合、密度は5.96グラム/ cm 3であり、Z-ファクターは0.530です。 </li><li>バナジウム源に熱蒸着電源をオンにしてください。バナジウムスラグが溶融するまでゆっくりとタングステンボートに加熱電力を増加させます。 </li><li>基板シャッターが閉じたままで2オングストローム/秒の蒸着速度がQCM読み取り当たり、達成されるまで、ゆっくりと加熱力を増加させます。バナジウム堆積を開始するために、基板シャッターを開きます。一方で、ゼロにQCMの累積厚さをリセットします。 </li><li> 50nmの見かけ厚さが蓄積されるまで、堆積を続けます。基板シャッターを閉じます。 </li><li>徐々にゼロに熱蒸着電力を下げます。ソースをオフにします。 </li></ol></li></ol></li><li>ビスマスナノワイヤーの堆積<ol><li> RT上または下の温度でビスマス堆積のために、温度コントローラに必要な値を設定します。所望の温度に達するまで待ちます。 </li><li> QCMの厚さの校正係数を設定します。ビスマスの場合、密度は9.78グラム/ cm 3であり、Z-ファクターは0.790です。 </li><li>熱蒸着パワーのsuをオンにしビスマスソースにpply。 2オングストローム/秒の蒸着速度がQCM読み取り当たり、達成されるまで徐々にタングステンボートに加熱電力を増大させます。 </li><li>ビスマス堆積を開始するために、基板シャッターを開きます。一方で、ゼロにQCMの累積厚さをリセットします。 </li><li> 50nmの見かけ厚さが蓄積されるまで、堆積を続けます。基板シャッターを閉じます。 </li><li>徐々にゼロに熱蒸着電力を下げます。ソースをオフにします。 </li><li>熱電冷却器/加熱器の電源をオフにします。 </li><li>大気圧に堆積チャンバをベントし、チャンバを開きます。基板ホルダーを取得し、基板をカバービスマスナノワイヤを集めます。 </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Hu, J. T., Odom, T. W., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemistry+and+physics+in+one+dimension:+Synthesis+and+properties+of+nanowires+and+nanotubes.">Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes.</a> Acc. Chem. Res. 32, 435-445 (1999).</li><li>Akimov, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+single+optical+plasmons+in+metallic+nanowires+coupled+to+quantum+dots.">Generation of single optical plasmons in metallic nanowires coupled to quantum dots.</a> Nature. 450, 402-406 (2007).</li><li>Thurn-Albrecht, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh-density+nanowire+arrays+grown+in+self-assembled+diblock+copolymer+templates.">Ultrahigh-density nanowire arrays grown in self-assembled diblock copolymer templates.</a> Science. 290, 2126-2129 (2000).</li><li>Xia, Y. 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E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confinement+effects+and+surface-induced+charge+carriers+in+Bi+quantum+wires.">Confinement effects and surface-induced charge carriers in Bi quantum wires.</a> Appl Phys Lett. 84, 1326-1328 (2004).</li><li>Huber, T. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+state+band+mobility+and+thermopower+in+semiconducting+bismuth+nanowires.">Surface state band mobility and thermopower in semiconducting bismuth nanowires.</a> Phys. Rev. B. 83, 235414-23 (2011).</li><li>Dresselhaus, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 23, 129-140 (2003).</li><li>Cheng, Y. -. T., Weiner, A. M., Wong, C. A., Balogh, M. P., Lukitsch, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stress-induced+growth+of+bismuth+nanowires.">Stress-induced growth of bismuth nanowires.</a> Appl Phys Lett. 81, 3248-3250 (2002).</li><li>Volobuev, V. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanism+of+Bi+nanowire+growth+from+Bi/Co+immiscible+composite+thin+films.">The mechanism of Bi nanowire growth from Bi/Co immiscible composite thin films.</a> J. Nanosci. Nanotech. 12, 8624-8629 (2012).</li><li>Shim, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On-film+formation+of+Bi+nanowires+with+extraordinary+electron+mobility.">On-film formation of Bi nanowires with extraordinary electron mobility.</a> Nano Lett. 9, 18-22 (2009).</li><li>Berglund, S. P., Rettie, A. J. E., Hoang, S., Mullins, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Incorporation+of+Mo+and+W+into+nanostructured+BiVO4+films+for+efficient+photoelectrochemical+water+oxidation.">Incorporation of Mo and W into nanostructured BiVO4 films for efficient photoelectrochemical water oxidation.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 7065-7075 (2012).</li><li>Liu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-Energy+Induced+Formation+of+Single+Crystalline+Bismuth+Nanowires+over+Vanadium+Thin+Film+at+Room+Temperature.">Surface-Energy Induced Formation of Single Crystalline Bismuth Nanowires over Vanadium Thin Film at Room Temperature.</a> Nano Lett. 14, 5630-5635 (2014).</li></ol>

Authors have nothing to disclose.

ビスマスのナノワイヤの成長は、少なくとも二つの蒸着源、ビスマス及びバナジウムのために別のものとの物理的蒸着装置で実施されます。これは、情報源の一つは、バナジウムの堆積のために、マグネトロンスパッタリング源であることをお勧めします。高真空は、ドライスクロールポンプによって裏打ちされたターボ分子ポンプによって達成されます。蒸着システムは、 その場での</...

ナノワイヤは、1つの次元での光子とプラズモンとして、電荷キャリアと他の準粒子の輸送を閉じ込めます。したがって、ナノワイヤは、通常のマイクロ/ナノエレクトロニクス、フォトニクス、生物医学、環境・エネルギー関連技術のアプリケーションのためにそれらをほぼ無限の可能性を付与小説、電気的、磁気的、光学的および化学的特性を示す。1,2を過去20年の間に、多数トップダウンおよびボトムアップのアプローチは、実験室規模で高品質の金属または半導体ナノワイヤの広い範囲を合成するために開発された。3-6これらの開発にもかかわらず、それぞれのアプローチは、成功のための最終製品の特定のユニークな特性に依存しています。例えば、人気のある気相-液相-固相（VLS）メソッドは、より高い融点を有し、対応する触媒の「シード」と共晶合金を形成する半導体材料のためのより良い適合である。7この結果、ナノワイヤーの合成特に関心のある材料は、既存の技術でカバーされない場合があります。 小さな間接バンドの重なり（0 Kにおける-38 meVで）と異常光電荷キャリアを持つ半金属としては、ビスマスはその一例です。そのバルクと比較した場合、量子閉じ込めが狭いバンドギャップ半導体にビスマスナノワイヤまたは薄膜を回すことができるような材料は、減少した寸法で、根本的に異なる動作をします。一方8-12、ビスマス形の表面準二次元金属それは、その大部分よりもはるかに多くの金属である。13,14これは、ビスマスの表面は、2×10 4 cm 2のV -1 秒 -1の電子移動度を達成し、ナノワイヤの形で、その熱電電力に強く寄与していることが示された。15のようにこのような、電子特に熱電アプリケーションにおけるビスマスナノワイヤを研究に大きな関心があります。12-16しかし、ビスマスの非常に低いのために融点（544 K）及び酸化のための準備は、高品質で、伝統的な気相または液相技術を用いて単結晶ビスマスのナノワイヤを合成するための課題です。 これまでは、単結晶ビスマスナノワイヤがフィルムに組み込まれたストレスの解放に起因しているビスマス薄膜の真空蒸着時に低い収率で成長することをいくつかのグループにより報告されている。17-20は最近、我々は小説を発見しました高真空下でビスマスの熱蒸着に基づいており、高い収率で単結晶ビスマスナノワイヤーのスケーラブルな形成につながる技術。21以前に報告された方法と比較すると、この技術の最もユニークな特徴は、成長基板が新鮮に被覆されていることですナノ多孔性バナジウムの薄い層を有するビスマス堆積前。後者の熱蒸着の間に、ビスマス蒸気はバンのナノ多孔性構造に浸透Adiumのフィルムとナノドメインとしてそこに凝縮。バナジウムは、凝縮ビスマスで濡れていないので、浸潤領域は、その後、その表面エネルギーを解放するためにバナジウムマトリックスからexpulsedされます。これは、垂直ビスマスナノワイヤーを形成ビスマスナノドメインの連続追放です。ビスマスドメインは直径のわずか1〜2 nmであるので、RTでそれらをほぼ溶融させる重要な融点抑制、の対象となっています。その結果、ナノワイヤの成長は室温で保持された基板に進みます。一方、ビスマスドメインの移行が、熱的に活性化されると、ナノワイヤの長さと幅は、単純に、成長基板の温度を制御することによって、広い範囲にわたって調整することができます。この詳細ビデオプロトコルは、フィールドに新しい実践者が、高真空、無酸素環境における薄膜の物理蒸着法に関連する様々な一般的な問題を回避するためのものです。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Bismuth&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>556130</td>
			<td>Granular, 99.999%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vanadium Slug</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>42829</td>
			<td>3.175mm (0.125in) dia x 6.35mm (0.25in) length, 99.8%&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vanadium Sputtering Target</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>EJTVXXX253A2</td>
			<td>3.00&#34; Dia. x 0.125&#34; Thick, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>179124</td>
			<td>&#62;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>33361</td>
			<td>Anhydrous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon Wafer</td>
			<td>University Wafers</td>
			<td></td>
			<td>300 microns in thickness, (100) orientation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver Filled Epoxy</td>
			<td>Circuit Works</td>
			<td>CW2400</td>
			<td>Two part conductive epoxy resin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten Boat, Alumina Coated</td>
			<td>R. D. Mathis</td>
			<td>S9B-AO-W</td>
			<td>For bismuth thermal evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten Boat</td>
			<td>R. D. Mathis</td>
			<td>S4-.015W</td>
			<td>For vanadium thermal evaporation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RIE Plasma</td>
			<td>Nordson March</td>
			<td>CS-1701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVD 75 Vapor Deposition Platform</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>PEDP75FTCLT001</td>
			<td>Equipped with three thermal evaporation source and one DC magnetron sputtering source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoelectric Temperature Controller</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>MTTC-1410</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PT1000 RGD</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>340912-01</td>
			<td>Temperature sensor for MTTC-1410</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoelectric Module</td>
			<td>LairdTech</td>
			<td>56910-502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonicator</td>
			<td>Crest Ultrasonics</td>
			<td>Tru-Sweep 175</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

seedless growth of bismuth nanowire array via vacuum thermal evaporation

ここで無種子およびテンプレート・フリー技術は室温で高真空中で熱蒸着を通じて、ビスマスナノワイヤを成長スケーラブルすることが実証されています。従来の金属薄膜、熱蒸着堆積物の製造のためにビスマスたてマグネトロンスパッタリングまたは熱蒸着によって堆積させ、RTで開催されたバナジウムの平らな薄膜、オーバー垂直単結晶ナノワイヤの配列に予約。成長基板の温度を制御することにより、ナノワイヤの長さと幅が広い範囲にわたって調整することができます。この新規な技術のための責任は、バナジウム薄膜の穏やかな空孔率にルーツ以前に知られていないナノワイヤ成長メカニズムです。バナジウム細孔に浸潤、ビスマスドメイン（〜1 nm）は、それらの融点を抑制し、連続してナノワイヤを形成するために、バナジウム行列からそれらを排出過度の表面エネルギーを有します。この発見は、スケーラブルな気相シンセの実現可能性を実証します任意の触媒を使用することなく、高純度のナノ材料のESIS。

バナジウム下地層の断面SEM像マグネトロンスパッタリングによって形成され、熱蒸着方法は、図2に示されている。走査型電子顕微鏡（SEM）画像は、異なる基板温度（ 図3）に形成されたビスマスのナノワイヤのために提示されています。ビスマスのナノワイヤの結晶構造は、透過型電子顕微鏡（TEM）、選択領域の電子回折（SAED）、及びX線回折（XRD）研究（ 図4...

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Seedless Growth of Bismuth Nanowire Array via Vacuum Thermal Evaporation

A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented.

真空熱蒸発によりビスマスナノワイヤーアレイの成長シードレス

Here a seedless and template-free technique is demonstrated to scalably grow bismuth nanowires, through thermal evaporation in high vacuum at RT. ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

8.3K ビュー.  Brookhaven National Laboratory. A protocol for seedless and high yield growth of bismuth nanowire arrays through vacuum thermal evaporation technique is presented. 

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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.

波長可変真空紫外（VUV）放射光を用いた分子線質量分析

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

工学

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

シングルGaNナノ細線デバイスのための接触界面の解析

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

一次元固体材料の熱輸送のキャラクタリゼーション

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

ポーラー液体誘電体から電気流体橋の調製

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

熱蒸着および原子層堆積法によって記録し、効率のSnS太陽電池を作ります

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. Micromachining techniques allow reduction of the thermal mass of fabricated structures and introduce the possibility to perform high sensitivity thermal measurements in the micro-scale and nano-scale devices. Combining thermal measurement techniques with microfluidic devices allows performing different analytical measurements with low sample consumption and reduced measurement time by integrating the miniaturized system on a single chip. The procedures of thermal measurement techniques for particle detection, material characterization, and chemical detection are introduced in this paper.

Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.

分析マイクロ流体デバイスの熱測定技術

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their behavior for single stages of a process or even an entire process. For the simulation with occurring particle-particle and particle-wall contacts, the value of the coefficient of restitution is required. It can be determined experimentally. The coefficient of restitution depends on several parameters like the impact velocity. Especially for fine particles the impact velocity depends on the air pressure and under atmospheric pressure high impact velocities cannot be reached. For this, a new experimental setup for free-fall tests under vacuum conditions is developed. The coefficient of restitution is determined with the impact and rebound velocity which are detected by a high-speed camera. To not hinder the view, the vacuum chamber is made of glass. Also a new release mechanism to drop one single particle under vacuum conditions is constructed. Due to that, all properties of the particle can be characterized beforehand.

The coefficient of restitution is a parameter that describes the loss of kinetic energy during collision. Here, a free-fall setup under vacuum conditions is developed to be able to determine the coefficient of restitution parameter for particles in micrometer range with high impact velocities.

真空条件下で反発係数の測定のための実験のセットアップの開発

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to 1.0 Pa. In this application, the SRGs are frequently transported to laboratories for calibration. Events can occur during transportation that change the rotor surface conditions, thus changing the calibration factor. To assure calibration stability, a spring-transport mechanism is often used to immobilize the rotor and keep it under vacuum during transport. It is also important to transport the spring-transport mechanism using packaging designed to minimize the risk of damage during shipping. In this manuscript, a detailed description is given on how to build a robust spring-transport mechanism and shipping container. Together these form a spring-transport package. The spring-transport package design was tested using drop-tests and the performance was found to be excellent. The present spring-transport mechanism design keeps the rotor immobilized when experiencing shocks of several hundred g (g = 9.8 m/sec2 and is the acceleration due to gravity), while the shipping container assures that the mechanism will not experience shocks greater than about 100 g during common shipping mishaps (as defined by industry standards).

Here we describe how to build a robust spring-transport mechanism for a spinning rotor gauge. This device securely immobilizes the rotor and keeps it under vacuum during transportation. We also describe packaging that minimizes the risk of damage during transport. Tests show our design works for typical shocks during transport.

どのようにローターゲージをスピニングするための真空春輸送パッケージをビルドするには

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to ...

A High Performance Impedance-based Platform for Evaporation Rate Detection

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was employed here for demonstration purposes. Multiple evaporation tests on the model compound as a humectant with various concentrations in solutions were conducted for comparison purposes. A conventional weight loss approach is known as the most straightforward, but time-consuming, measurement technique for evaporation rate detection. Yet, a clear disadvantage is that a large volume of sample is required and multiple sample tests cannot be conducted at the same time. For the first time in literature, an electrical impedance sensing chip is successfully applied to a real-time evaporation investigation in a time sharing, continuous and automatic manner. Moreover, as little as 0.5 ml of test samples is required in this impedance-based apparatus, and a large impedance variation is demonstrated among various dilute solutions. The proposed high-sensitivity and fast-response impedance sensing system is found to outperform a conventional weight loss approach in terms of evaporation rate detection.

This paper presents an impedance-based apparatus for evaporation rate detection of solutions. It offers clear advantages over a conventional weight loss approach: a fast response, high-sensitivity detection, a small sample requirement, multiple sample measurements, and easy disassembly for cleaning and reuse purposes.

蒸発速度検出のための高性能インピーダンスベースのプラットフォーム

This paper describes the method of a novel impedance-based platform for the detection of the evaporation rate. The model compound hyaluronic acid was ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex donor-acceptor emitters is presented. With a step-by-step procedure, readers will be able to repeat and produce OLED devices based on simple organic emitters. A patterning procedure allowing the creation of personalized indium tin oxide (ITO) shape is shown. This is followed by the evaporation of all layers, encapsulation and characterization of each individual device. The end goal is to present a procedure that will give the opportunity to repeat the information presented in cited publication but also using different compounds and structures in order to prepare efficient OLEDs.

A protocol for the production of simple structured organic light-emitting diodes (OLEDs) is presented.

真空の作製と解析堆積有機発光ダイオード

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...