RJAH acknowledges support from EPSRC Fellowship EP/I004599/1, MMS acknowledges funding from EPSRC under grant number EP/K5035-4X/1.

注：実験装置は、 図1に概略的に示されています。 2。装置の主要部分は、回転プラットフォーム（300ミリメートル×300ミリメートル）で構成されて部屋を持つ超伝導マグネット（1.8 T）の強い磁場の中に自重で下降銅シリンダー（55ミリメートルの直径）に搭載されました温度垂直ボア。プラットフォームは、鍵穴オリフィスを有するすべり軸受をオン、オフ軸モータを介して回転させます。銅シリンダーが同時に回転し、保持ピンが除去されると下降キー状の駆動軸に取り付けられています。 非標準装備の調製<ol><li>浮選ボート<ol><li>それは側面に触れることなく、実験槽内に快適にフィットするように、ボートのサイズにしてください。 注：浮揚艇（ 図3参照）は 、ポリスチレンの壁やスポンジベースで構成されています。 </li><li> STの層でスポンジを守りますチョロンティッシュペーパー。 注：ティッシュペーパーの目的は、できるだけボートに注ぎ流体からできるだけ垂直勢いを放散することです。 </li></ol></li></ol>実験の調製<ol><li>液体層の調製<ol><li>蒸留水は、実験室の温度（22±2℃）にまで来て許可します。約650 mLを各実験の実現のために必要とされます。 注：この混合物を平衡化できるようにするには、空気をexsolvingに、実験中の気泡の形成を防止します。 </li><li>それぞれ緻密下層光上位層用液を調製するために使用される2つの別々の容器、A及びBに等量に蒸留水を分離します。 </li><li>下の緻密層の現場外の準備。コンテナAの内容： <ol><li> 1リットル当たり水1リットル当たり0.43モルのNaCl（塩化ナトリウムの約25 gで濃度を達成するために塩化ナトリウムを加えます水が必要となります）。 </li><li>下位層のコンテナ（ 例えば 、コール-パーマー00295から16＆-18）に0.33グラム、赤と青の水追跡染料を追加します。 </li><li> 0.1グラムのL -1フルオレセインナトリウムを追加します。 注：下位層は今、外観に不透明で、約1012.9±1.2キロmの密度を有することになります-3。 </li></ol></li><li>光上層の現場外の準備。容器Bの内容： <ol><li>水1リットル当たり0.06モルのMnCl 2（水1リットル当たりのMnCl 2の約12グラム）の濃度を達成するためのMnCl 2、塩を追加します。 注：上層は外観が透明で、約998.2±0.5キロのメートル-3の密度を持つことになります。 </li></ol></li><li>所望の粘度が達成されるまで、流体層の粘度を変化させるために、グリセロールのC 3 H 8 O 3は、各層に等しい量で加えます。典型的なviscositiesの範囲1.00×10 -3で嘘- 21.00×10 -3 Pa・sで。各層の粘度は同じです。 注：必要になるまで混合物を安全に別々の容器に格納されてもよいです。 </li><li>密度成層の現場外の準備。 <ol><li>円筒状の内槽に容器Aの内容物を300 mLを加え（ 図2参照 ）。 </li><li>容器Bから流体中の浮遊ボートのスポンジを浸し。 注：（2.1.6.2）した後の手順は、時間に敏感なので、すべての磁石まで、さらなるステップを実行しないと、照明、録音および機械的メカニズムの準備ができています。 </li><li>コンテナBのうち、浮遊船を持ち上げて、それが垂れ停止したときに、慎重に内側円筒タンク内の高密度流体の層の上に浮揚艇を配置します。 </li><li>の流量で浮遊船にコンテナBからの光層の流体を追加し始めます3 ml /分。浮揚艇は、2つの層の間の界面から離れて持ち上げるように徐々に流量を増加させます。インターフェイスは、流体の流れの増加の勢いによって乱さが、このプロセスはせいぜい20分を要しないことを十分に速くされていないことを十分に遅い流速を維持します。上位層は、流体の320ミリリットルを含むまで充填してください。 注：下位層は、約33ミリメートルの深さになり、上位層は、約39ミリメートルの深さになります。 </li><li>注意深く各層の深さが等しくなるように上層にルーサイト蓋を下げます。流体と空気が全く空気が下に閉じ込められていないことを確認して、ブリード穴を通って流れることを可能にします。ルーサイトのふたの上に明確な光層の液体の層（約6ミリメートル）を確認します。 注：プロセスが成功した場合は、それらの間のシャープな界面と同等の深さの液体の二つの層が存在することになります。界面の拡散層の厚みが2μm未満であろうこの段階でメートル。 </li></ol></li><li> 6ミリメートル内槽のルーサイト蓋上の高さに明確な蒸留水で外槽を埋めます。四角いオン観察すると内側円筒タンクから生じる一切の曲率によって誘発される視差はありません。 注：各層の液体が連続してこの時点で、インターフェースを介して拡散しているので、次のステップにすぐ進みます。 </li></ol></li><li>成層のスピンアップ<ol><li>プラットフォーム上で実験タンクを配置します。 </li><li>トラック内の鍵穴オリフィスと位置の保持ピンを介してマグネットのボアにおける銅円筒との取り決め、ドライブシャフトの位置を決めます。タンクは遠く（60センチメートル）液体に磁力がこの位置に無視できるような磁石からであることを確認してください。 注：成層を含む実験的なタンクを運ぶには、いくつかの困難をもたらします。長い、低振幅、スロッシング波が目に歩いて設定しましたEタンクは、上位層の上に浮いたときに達成インターフェースの品質にほとんど影響を与え、離れて減衰します。 </li><li> 0.002ラジアンsで回転速度を高める-2、紡績アップ流体を所望の回転速度に、モーターをオンにします。 60分- 16における回転速度スピンアップ時間についてはオーダー20分でした。 注：使用する最速の回転速度は13.2ラジアン秒-1でした 。 </li></ol></li></ol>実験3.実行<ol><li>磁石は1.2 Tの磁界強度を示しており、不安定性が開始される高さでそのれる磁場勾配である（卒業生のB 2）/ 2いることを確認し= -14.3 T 2 M -1、Bは、磁気誘導であります。 </li><li>ビデオカメラは、駆動軸がその最低位置にあるときにいずれかの実験の側面図で焦点が合っている、または平面ミラーPLを介して焦点にあるように配置されていることを確認実験の上に出し抜か。 </li><li>周囲の照明は、カメラで撮影した画像のいずれもが飽和されないよう、正しいレベルであるが、完全な応答が（0〜255の範囲内のグレースケール強度）が使用されていることを確認してください。 </li><li>ビデオ録画（240 FPS）を開始します。記録機能を操作しながらカメラを移動防止するために、リモートコントロールを使用してください。 </li><li>回転させながら磁場の中に、タンクが下降することができ、保持ピンを外します。 </li></ol> 4.リセット実験<ol><li>実験装置をリセット<ol><li>録画を停止するには、リモートコントロールを使用してください。 </li><li>ディスクにムービーファイルを保存します。 </li><li>それが停止に遅くなるように手で、モータに電圧​​を下げます。漏出を防止するように徐々にこれを実行します。 </li><li>磁石から実験装置を取り外します。 </li><li>適切に混合液層を廃棄して（塩化マンガン四水和物MSDSを参照してください）。 </li><li> （水でタンクを洗浄塩のすべてのトレースが洗い流さされるまで、）を蒸留する必要はありません。液体と皮膚との直接接触は避けること。 </li><li>全く残渣を次の実験を汚染することがあり、その残っていないことを確実にするためにティッシュペーパーで慎重にタンクを乾燥させます。 </li></ol></li></ol> 5.画像処理<ol><li>各ムービーフレームから個々の画像を抽出し、ロスレスの.png形式で保存します。プラットフォームまたは銅円筒例えば、各フレームの任意の不要な部分をマスクします。 </li><li>離散高速フーリエ変換を用いた不安定性の開始後2秒間各画像フレームの二次元自己相関関数16を算出します。最小値を記録、平均、および実験の回転速度および流体層の粘度について観察された波長の最大値。 </li></ol>

<ol>
	<li>Lewis, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+instability+of+liquid+surfaces+when+accelerated+in+a+direction+perpendicular+to+their+planes.+II.">The instability of liquid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. II.</a> Proc. Roy. Soc., A. 202, 81-96 (1950).</li><li>Read, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+investigation+of+turbulent+mixing+by+Rayleigh-Taylor+instability.">Experimental investigation of turbulent mixing by Rayleigh-Taylor instability.</a> Physica D. 12, 45-58 (1984).</li><li>Dimonte, G., Schneider, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulent+Rayleigh-Taylor+instability+experiments+with+variable+acceleration.">Turbulent Rayleigh-Taylor instability experiments with variable acceleration.</a> Phys. Rev. E. 54, 3740-3743 (1996).</li><li>Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+instability+:+experiments+with+image+analysis.">Rayleigh-Taylor instability : experiments with image analysis.</a> Dyn. Atmos. Oceans. 20, 127-153 (1993).</li><li>Jacobs, J. W., Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+instability+in+complex+stratifications.">Rayleigh-Taylor instability in complex stratifications.</a> J. Fluid Mech. 542, 251-279 (2005).</li><li>Linden, P. F., Redondo, J. M., Youngs, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mixing+in+Rayleigh-Taylor+instability.">Molecular mixing in Rayleigh-Taylor instability.</a> J. 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Soc., A. 93, 99-113 (1917).</li><li>Carl&#232;s, P., Huang, Z., Carbone, G., Rosenblatt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+Instability+for+Immiscible+Fluids+of+Arbitrary+Viscosities:+A+Magnetic+Levitation+Investigation+and+Theoretical+Model.">Rayleigh-Taylor Instability for Immiscible Fluids of Arbitrary Viscosities: A Magnetic Levitation Investigation and Theoretical Model.</a> Phys. Rev. Lett. 96, 104501 (2006).</li><li>Huang, Z., De Luca, A., Atherton, T. J., Bird, M., Rosenblatt, C., Carl&#232;s, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+Instability+Experiments+with+Precise+and+Arbitrary+Control+of+the+Initial+Interface+Shape.">Rayleigh-Taylor Instability Experiments with Precise and Arbitrary Control of the Initial Interface Shape.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 204502 (2007).</li><li>Baldwin, K. A., Scase, M. M., Hill, R. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Inhibition+of+the+Rayleigh-Taylor+Instability+by+Rotation.">The Inhibition of the Rayleigh-Taylor Instability by Rotation.</a> Sci. Rep. 5, 11706 (2015).</li><li>Rossby, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+B&#233;nard+convection+with+and+without+rotation.">A study of B&#233;nard convection with and without rotation.</a> J. Fluid Mech. 36, 309-335 (1969).</li></ol>

著者らは、開示することは何もありません。

プロトコル内の2つの重要なステップがあります。最初は2.1.6.4です。光層は、その後、あまりにも急速に緻密層上に浮いている場合は2混和性流体層の不可逆的な混合が行われます。回避されると二つの層の間に鋭い（&lt;2mm）をインターフェイスが達成されることが必須です。第二の重要なステップは3.1.5です。実験は、ソリッドボディの回転中に、または位置の可視化と撮像装置なしとスタ?...

<html>二層からなる密度成層流体システムは、安定または不安定な構成のいずれかで重力場に配置することができます。インターフェイスへの摂動が重力によって復元され、安定しており、波がインターフェイス上でサポートすることができる：高密度の重い層は密度の低い、光層の下にある場合、システムが安定しています。重い層は、光層に重なっている場合、システムは不安定であり、インターフェイスへの摂動は成長します。この基本的な流体不安定性は、レイリー・テイラー不安定性7、8です。全く同じ不安定性は、より重い層に向かって加速された非回転系で観察することができます。小規模薄膜現象9からの観察された天体スケールの特徴、例えば、カニ星雲へ：原因、それはまた、規模が大きく異なる、非常に多くのフローで観察された不安定性の基本的な性質へパルサー風によって作成された指のような構造が観察されたEF &quot;&gt; 10は、より緻密な超新星残骸で加速されている。これは、初期の不安定な濃度差があった後レイリー・テイラー不安定性を制御または影響を与えることができる方法としてオープン質問です界面で確立した。一つの可能​​性は、システムの大部分の回転を考慮することである。実験の目的は、システム上での回転の効果を調べることであり、これは安定化への経路とすることができるかどうか。 私たちは、重力の方向に平行な軸を中心とし定常回転の対象となる二層の重力不安定成層から構成された流体システムを考えます。摂動に不安定な二層の密度成層は、ブレーク・アップするために、任意の垂直構造の世話、界面において、転倒、 すなわち 、渦度の傾圧世代につながります。しかし、回転流体は、コヒーレント縦目に自分自身を整理することが知られています回転の軸と整列ructures、いわゆる「テイラー列&#39;11。したがって、調査対象のシステムは、回転の安定化効果との間の競合を受け、垂直構造への流れを整理し、転倒二つの層を防止し、かつ密度の高い流体の不安定化効果は、界面での転倒運動を生成ライター用オイルの上を覆っていること。増加した回転速度で、より安定した形状に自身を再配置するために、互いに反対方向で、半径方向に移動する流体層の能力が、ますますテイラープラウドマン定理12、13によって阻害される。半径方向の移動が低減されますそして、不安定性が発展するように具現観察構造は規模が小さくなっています。 イチジク。図1は、質的に不安定性が発達するように形成する渦上の回転の効果を示しています。の中に左側のイメージは、回転がないと流れは、古典的な非回転レイリー・テイラー不安定性への近似です。右側の画像では、すべての実験パラメータは、システムが、タンクの中心と整列し、縦軸を中心に回転されていることを除いて、左側の画像と同一です。回転の影響が形成されている渦の大きさを減少させることであることがわかります。これは、今度は、非回転カウンターパートよりもゆっくりと発症不安定になります。 流体の応力テンソルを変更磁気効果が変更された重力場と同じように作用するとみなすことができます。したがって、我々は重力的に安定な成層を作成して、ソリッドボディ回転にそれをスピンアップすることができます。勾配磁場をかけることによって生成された磁性体の力は、その後、重力場を変更する効果を模倣します。これは、インターフェイスが不安定にこのような流体システムbehaことレンダリングVES、回転下での古典的なレイリー・テイラー不安定性と良好な近似に。このアプローチは、以前に回転14、15せずに二次元的に試みられています。誘導磁場Bと印加される傾斜磁場のために、身体の力は一定の磁気体積率χの流体に適用さをf =大学院（χのB 2 /μ0）、で与えられる。ここで、B = | B | 0 =4π×10をμ-7 NA -2自由空間の透磁率です。 χ（∂B 2 /∂zの -したがって、我々は、強度gの重力場における密度ρの流体の単位体積当たりの有効量はρのグラムで与えられる各流体層の有効重量を操作するために磁石を考慮することができます）/（2μ0）。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="696">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Blue water tracing dye</td>
			<td style="width:195px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:119px;">00295-18</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Red water tracing dye</td>
			<td style="width:195px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:119px;">00295-16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Chloride</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>&#62;99% purity</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Manganese Chloride Tetrahydrate</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>See MSDS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fluorescein sodium salt&#160;</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Magnet</td>
			<td style="width:195px;">Cryogenic Ltd. London</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

magnetically induced rotating rayleigh-taylor instability

レイリー・テイラー不安定性を調べるための古典的な技術は、重力の効果的な方向を反転し、密度の高い流体に向かって軽い流体を加速するために、圧縮ガス1、ロケット2またはリニア電気モータ3を使用することを含みます。他の著者例えば 図4、図 5、 図6は、フローを開始するために除去されているバリアと重力不安定な成層を分離しています。しかし、回転成層の場合には放物線の初期インタフェースは、実験的に重要な技術的な問題を課します。我々は、レイリー・テイラー不安定時の回転の影響を調査するために流れをソリッドボディ回転に層別化し、スピンアップだけにして開始できるようにしたいです。我々がここで採用したアプローチは、磁場を使用することですフローを開始するために、2つの液体の有効量を操作するための超電導磁石。我々は、標準的な浮選技術を用いて、重力的に安定な二層の層別化を作成します。上層は下層よりも密度が低いので、システムはレイリー・テイラー安定しています。両方の層は、ソリッドボディ回転であり、放物線状インターフェイスが観察されるまで、この層別化は、その後、スピンアップされています。 χ|これらの実験は、低磁化率、との流体を使用します| 〜10 -6 -磁性流体に比べて10 -5、。磁場の支配的な効果は、有効重量を変更し、各レイヤに身体の力を加えます。下層が弱い反磁性である一方で、上層は弱い常磁性です。磁場が印加されると、上層は磁石に向かって引き寄せられ、一方、下層は、磁石から反発されます。レイリー・テイラー不安定性は、高勾配磁場の適用によって達成されます。我々はさらに大口ことを観察しました各層に流体の動粘度をreasing、不安定の長さスケールを増加させます。

イチジク。 4は、2つの流体間の界面でのレイリー・テイラー不安定性の発達を示し、四つの異なる回転速度について：Ω= 1.89ラジアン秒-1（一番上の行）、Ω= 3.32ラジアン秒-1、Ω= 4.68ラジアン秒- 1、およびΩ= 8.74ラジアン秒-1（下段）。インタフェースは= 3.0秒（右側の列）をtに0.5秒刻みでトン= 0秒（左?...

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Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

We present a protocol for preparing a two-layer density-stratified liquid that can be spun-up into solid body rotation and subsequently induced into Rayleigh-Taylor instability by applying a gradient magnetic field.

磁気的に誘導された回転レイリー・テイラー不安定性

Classical techniques for investigating the Rayleigh-Taylor instability include using compressed gasses1, rocketry2 or linear electric motors3 to reverse ...

magnetically-induced-rotating-rayleigh-taylor-instability

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9.4K ビュー.  University of Nottingham. We present a protocol for preparing a two-layer density-stratified liquid that can be spun-up into solid body rotation and subsequently induced into Rayleigh-Taylor instability by applying a gradient magnetic field.

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Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a significant role in laser-material interaction, especially in the air environment1-11.
Early plasma evolution has been captured through pump-probe shadowgraphy1-3 and interferometry1,4-7. However, the studied time frames and applied laser parameter ranges are limited. For example, direct examinations of plasma front locations and electron number densities within a delay time of 100 picosecond (ps) with respect to the laser pulse peak are still very few, especially for the ultrashort pulse of a duration around 100 femtosecond (fs) and a low power density around 1014 W/cm2. Early plasma generated under these conditions has only been captured recently with high temporal and spatial resolutions12. The detailed setup strategy and procedures of this high precision measurement will be illustrated in this paper. The rationale of the measurement is optical pump-probe shadowgraphy: one ultrashort laser pulse is split to a pump pulse and a probe pulse, while the delay time between them can be adjusted by changing their beam path lengths. The pump pulse ablates the target and generates the early plasma, and the probe pulse propagates through the plasma region and detects the non-uniformity of electron number density. In addition, animations are generated using the calculated results from the simulation model of Ref. 12 to illustrate the plasma formation and evolution with a very high resolution (0.04 ~ 1 ps).
Both the experimental method and the simulation method can be applied to a broad range of time frames and laser parameters. These methods can be used to examine the early plasma generated not only from metals, but also from semiconductors and insulators.

An experimental method to examine the early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses is described. Using this method, high quality images of early plasma are obtained with high temporal and spatial resolutions. A novel integrated atomistic model is used to simulate and explain the mechanisms of early plasma.

超短レーザーパルスにより誘起された初期プラズマの進化の解明

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

工学

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed on thin sections of rodent tissues: kidneys and tumor, allows the detection of inorganic elements such as (i) Na, Ca, Cu, Mg, P, and Fe, naturally present in the body and (ii) Si and Gd, detected after the injection of gadolinium-based nanoparticles. The animals were euthanized 1&#160;to 24 hr&#160;after intravenous injection of particles. A two-dimensional scan of the sample, performed using a motorized micrometric 3D-stage, allowed the infrared laser beam exploring the surface with a lateral resolution less than 100 &#956;m. Quantitative chemical images of Gd element inside the organ were obtained with sub-mM sensitivity. LIBS offers a simple and robust method to study the distribution of inorganic materials without any specific labeling. Moreover, the compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of the same biological tissue with different types of response:&#160;elemental, molecular, or cellular.

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle&#039;s Mapping and Quantification in Organ Tissue

Laser-induced breakdown spectroscopy performed on thin organ and tumor tissue successfully detected natural elements and artificially injected gadolinium (Gd), issued from Gd-based nanoparticles. Images of chemical elements reached a resolution of 100 &#956;m and quantitative sub-mM sensitivity. The compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of a same biological tissue.

レーザー誘起ブレークダウン分光法：臓器組織内のナノ粒子のマッピングと定量化のための新たなアプローチ

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

Laser-induced Forward Transfer for Flip-chip Packaging of Single Dies

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics industry. In this technique the chip and/or the substrate is bumped and the two are bonded via these conductive bumps. Many bumping techniques have been developed and intensively investigated since the introduction of the FC technology in 19601 such as stencil printing, stud bumping, evaporation and electroless/electroplating2. Despite the progress that these methods have made they all suffer from one or more than one drawbacks that need to be addressed such as cost, complex processing steps, high processing temperatures, manufacturing time and most importantly the lack of flexibility. In this paper, we demonstrate a simple and cost-effective laser-based bump forming technique known as Laser-induced Forward Transfer (LIFT)3. Using the LIFT technique a wide range of bump materials can be printed in a single-step with great flexibility, high speed and accuracy at RT. In addition, LIFT enables the bumping and bonding down to chip-scale, which is critical for fabricating ultra-miniature circuitry.

We demonstrate the use of the Laser-induced Forward Transfer (LIFT) technique for flip-chip assembly of optoelectronic components. This approach provides a simple, cost-effective, low-temperature, fast and flexible solution for fine-pitch bumping and bonding on chip-scale for achieving high-density circuits for optoelectronic applications.

シングルダイのフリップチップ実装用のレーザー誘起フォワード転送

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics ...

Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using visible light irradiation with plasmonic nanoparticles. The plasmonic nanoparticle is used to improve the reduction efficiency of GO. It only takes 30 min&#160;at RT by illuminating the solutions with Xe-lamp, the r-GO solutions can be obtained by completely removing gold nanoparticles through simple centrifugation step. The spherical gold nanoparticles (AuNPs) as compared to the other nanostructures is the most suitable plasmonic nanostructure for r-GO preparation. The reduced graphene oxide prepared using visible light and AuNPs was equally qualitative as chemically reduced graphene oxide, which was supported by various analytical techniques such as UV-Vis spectroscopy, Raman spectroscopy, powder XRD and XPS. The reduced graphene oxide prepared with visible light shows excellent quenching properties over the fluorescent molecules modified on ssDNA and excellent fluorescence recovery for target DNA detection. The r-GO prepared by recycled AuNPs is found to be of same quality with that of chemically reduced r-GO. The use of visible light with plasmonic nanoparticle demonstrates the good alternative method for r-GO synthesis.

A simple protocol for the preparation of reduced graphene oxide using visible light and plasmonic nanoparticle is described.

プラズモニックナノ粒子を用いてグラフェン酸化物の可視光誘起削減

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using ...

Simulation of Human-induced Vibrations Based on the Characterized In-field Pedestrian Behavior

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With designs governed by the dynamic performance under human-induced loads, a strong demand exists for the verification and refinement of currently available load models. The present contribution uses a 3D inertial motion tracking technique for the characterization of the in-field pedestrian behavior. The technique is first tested in laboratory experiments with simultaneous registration of the corresponding ground reaction forces. The experiments include walking persons as well as rhythmical human activities such as jumping and bobbing. It is shown that the registered motion allows for the identification of the time variant pacing rate of the activity. Together with the weight of the person and the application of generalized force models available in literature, the identified time-variant pacing rate allows to characterize the human-induced loads. In addition, time synchronization among the wireless motion trackers allows identifying the synchronization rate among the participants. Subsequently, the technique is used on a real footbridge where both the motion of the persons and the induced structural vibrations are registered. It is shown how the characterized in-field pedestrian behavior can be applied to simulate the induced structural response. It is demonstrated that the in situ identified pacing rate and synchronization rate constitute an essential input for the simulation and verification of the human-induced loads. The main potential applications of the proposed methodology are the estimation of human-structure interaction phenomena and the development of suitable models for the correlation among pedestrians in real traffic conditions.

A protocol is presented for the characterization of the in-field pedestrian behavior and the simulation of the resulting structural response. Field-tests demonstrate that the in situ identified pacing rate and synchronization rate among the participants constitute an essential input for the simulation and verification of the human-induced loads.

特徴付けインフィールド歩行者の行動に基づいて、人間によって誘発される振動のシミュレーション

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With ...

Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of these processes such as inkjet3 and laser-induced forward transfer (LIFT)4 have become increasingly popular as interest in printable electronics and maskless patterning has grown. These additive manufacturing processes are inexpensive, environmentally friendly, and well suited for rapid prototyping, when compared to more traditional semiconductor processing techniques. While most direct-write processes are confined to two-dimensional structures and cannot handle materials with high viscosity (particularly inkjet), LIFT can transcend both constraints if performed properly. Congruent transfer of three dimensional pixels (called voxels), also referred to as laser decal transfer (LDT)5-9, has recently been demonstrated with the LIFT technique using highly viscous Ag nanopastes to fabricate freestanding interconnects, complex voxel shapes, and high-aspect-ratio structures. In this paper, we demonstrate a simple yet versatile process for fabricating a variety of micro- and macroscale Ag structures. Structures include simple shapes for patterning electrical contacts, bridging and cantilever structures, high-aspect-ratio structures, and single-shot, large area transfers using a commercial digital micromirror device (DMD) chip.

We demonstrate the use of the Laser-induced forward transfer technique (LIFT) for the printing of high-viscosity Ag paste. This technique offers a simple, low temperature, robust process for non-lithographically printing microscale 2D and 3D structures.

銀ナノペーストのレーザー誘起フォワード転送

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

フェムト秒レーザー誘起アブレーションを用いたナノファイバー上の1次元フォトニック結晶共振器の作製

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

巨視的揺動運動の光によって誘起される液晶ネットワークの準備

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural studies by nuclear magnetic resonance (NMR) to nanotechnological developments including the formation of optically active and magnetically switchable gels. Such technologies require high control of the assembly size, magnetic response and thermal resistance. Mixtures of 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) and its lanthanide ion (Ln3+) chelating phospholipid conjugate, 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phospho-ethanolamine-diethylene triaminepentaacetate (DMPE-DTPA), assemble into highly magnetically responsive assemblies such as DMPC/DMPE-DTPA/Ln3+ (molar ratio 4:1:1) bicelles. Introduction of cholesterol (Chol-OH) and steroid derivatives in the bilayer results in another set of assemblies offering unique physico-chemical properties. For a given lipid composition, the magnetic alignability is proportional to the bicelle size. The complexation of Ln3+ results in unprecedented magnetic responses in terms of both magnitude and alignment direction. The thermo-reversible collapse of the disk-like structures into vesicles upon heating allows tailoring of the assemblies&#39; dimensions by extrusion through membrane filters with defined pore sizes. The magnetically alignable bicelles are regenerated by cooling to 5 &#176;C, resulting in assembly dimensions defined by the vesicle precursors. Herein, this fabrication procedure is explained and the magnetic alignability of the assemblies is quantified by birefringence measurements under a 5.5 T magnetic field. The birefringence signal, originating from the phospholipid bilayer, further enables monitoring of polymolecular changes occurring in the bilayer. This simple technique is complementary to NMR experiments that are commonly employed to characterize bicelles.

Fabrication procedures for highly magnetically responsive lanthanide ion chelating polymolecular assemblies are presented. The magnetic response is dictated by the assembly size, which is tailored by extrusion through nanopore membranes. The assemblies&#39; magnetic alignability and temperature-induced structural changes are monitored by birefringence measurements, a complimentary technique to nuclear magnetic resonance and small angle neutron scattering.

製作手順と磁気応答性ランタノイド イオンのキレート リン脂質アセンブリを設計するための複屈折測定

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

連結を解くコリオリの力と全視野熱回転浮力の影響回転チャネルのプロパティを転送します。

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

Methods Article

磁気的に誘導された回転レイリー・テイラー不安定性