우리는 굉장히 Rolf Follat​​h, 롤랜드 Hübel, K. Möhler, 드미트로 Inosov, 요 르그 핑크, 안드레아스 Koitzsch, 번드 Büchner, 안드레이 Varykhalov, 에밀 Rienks, 올리버 Rader, Setti Thirupathaiah, 데니스 Vyalikh, 세르게이 Molodtsov, 클레멘스 Laubschat, 라모나의 도움을 인정 베버의 &quot;1-cubed&quot;프로젝트를 구상 헤르만 Dürr, 볼프강 Eberhardt, 기독교 정, 토마스 Blume, 게르트 Reichardt, 데이빗 Batchelor, 카이 Godehusen, 마틴 Knupfer, 스테판 Leßny, 더크 Lindackers, 스테판 Leger, 랄프 Voigtländer, 로니 Schönfelder, 설계, 건설 및 빔라인 및 최종 역뿐만 아니라 제공 조직과 사용자 지원을 의뢰했다. 이 프로젝트는 &quot;1-cubed ARPES는&quot;BESSYII와 IFW-Dresden의에 의해뿐만 아니라 직접으로 BMBF 부여 &quot;최고 해상도 ARPES&quot;​​의 지원을받는되었습니다. 이 특별한 작품은 DFG 우선 순위 프로그램 SPP1458에 의해 지원되었습니다 ZA 654/1-1, BO1912/3-1 및 BO1912/2-2을 부여합니다. EC 및 배럴 일여행 자금을위한 요하네스 버그 대학에서 학부를 ank. 엄마 - AV, RF 및 MC는 보조금 협정 N. 264,098 아래에있는 EU -FP7/2007-2013의 지원을 인정합니다.

1. 샘플 장착 <ol><li> 이 실험은 Helmholtz-젠트 럼 베를린 (Berlin)의 베시 저장 링에서 생산 싱크로트론 방사선을 사용합니다. 광자는 샘플이 장착 된 우리의 최종 역 빔라인 여행을. </li><li> 여기에 조사 할 물질의 단결정, 스트론튬의 ruthenate로 시작. 샘플 홀더에 접착제 샘플을에 실버 기반 에폭시를 사용합니다. 실버 기반 에폭시 좋은 열 및 전기적 접촉을 보장합니다. </li><li> 접착제 단일 크리스탈의 표면에 알루미늄 위 소식입니다. 위 게시물은 atomically 깨끗한 표면을 노출 초 고진공에서 다니엘 샘플에 사용됩니다. </li><li> 로드 록에있는 샘플 홀더를 탑재합니다. </li></ol> 2. 초고속 진공 및 열 절연을 달성 <ol><li> 초고속 진공 챔버의 오염을 최소화하기 위해 부하 잠금을 철수 시작합니다. </li><li> 압력을 모니터링 할 수 있습니다. -8 10 mbar의 압력이되면달성, 준비 챔버 어셈블리를 전송하고, 이후 주요 chamber.The 추위 손가락과 샘플 홀더에 특별히 헬륨 마리화나로 최선의 열 접촉을 보장하도록 설계되었습니다. </li><li> 이 데모 버전이이 접촉의 영역을 높이기 위해 원뿔 표면을 사용하여 달성하는 방법을 보여줍니다. 원추 표면은 서로에 대해 가압되고 샘플 홀더와 차가운 손가락이 단단히 티타늄 너트와 볼트를 사용하여 제자리에 고정되어 있습니다. </li></ol> 3. 샘플 위치 및 냉각 <ol><li> 다음 단계는 전송 팔을 사용하여 방위각을 따라 차가운 손가락 안에 방향 샘플에 있습니다. 챔버의 맞은 편에 첨부 된 지원 팔 counterforce을 적용하는 동안 너트를 강화하여 샘플의 위치를​​ 수정합니다. </li><li> 다니엘은 머니퓰레이터를 이동하여 샘플 상단 게시물이 지원 팔과의 상호 작용에 의해 제거 될 수 있도록 이상. </li><li> 빔 셔터가 닫혀으로 속이는를 사용하여 빔라인의 위치로 샘플을 이동합니다. 샘플이 제자리에되면 cryoshields가 제대로 닫혀 있는지 확인하십시오. </li><li> 1 K 냄비에 펌핑 시작하고 기본 온도로 샘플을 냉각하기 위해 헬륨-3 가스를 순환. 온도는 샘플에 가까운 측정하고 실험 기간 동안 변경되지 않습니다. </li><li> 빔라인의 빔 셔터를 엽니 다. 이 분석기 렌즈의 초점을 위에 오도록 샘플의 위치를​​ 조정하는 장치에 마이크로 미터 나사를 사용하십시오. 이 조정은 매우 중요합니다. </li></ol> 4. 데이터를 수집 <ol><li> 설치가 준비되면, 분석기의 각도 - 해결 모드로 전환 휩쓸 모드에서 스펙트럼을 기록합니다. 이 2 차원 에너지 각도 플롯에 대한 데이터를 생성합니다. </li><li> 데이터를 사용 Fermi 표면지도를 구성합니다. supe 연구에 대한 Fermi 수준의 횡단에 해당하는 극 각도를 선택하십시오스트론튬의 ruthenate의 격차를 rconducting. </li><li> 스트론튬의 초전도 전이 온도 위 아래 선택된 극성 각도에서 기록 고해상도 스펙트럼은 초전도 갭의 동작을 조사 ruthenate. </li></ol>

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	<li>Borisenko, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-Sign+Order+Parameter+in+Iron+Based+Superconductor.">One-Sign Order Parameter in Iron Based Superconductor.</a> Symmetry. 4, 251-264 (2012).</li><li>Maeno, Y., Hashimoto, H., Yoshida, K., Nishizaki, S., Fujita, T., Bednorz, J. G., Lichtenberg, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superconductivity+in+a+layered+perovskite+without+copper.">Superconductivity in a layered perovskite without copper.</a> Nature (London). 372, 532 (1994).</li><li>Singh, 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=Relationship+of+Sr2RuO4+to+the+superconducting+layered+cuprates.">Relationship of Sr2RuO4 to the superconducting layered cuprates.</a> Phys. Rev. B. 52, 1358 (1995).</li><li>Zabolotnyy, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+and+bulk+electronic+structure+of+the+unconventional+superconductor+Sr2RuO4:+unusual+splitting+of+the+&#946;+band.">Surface and bulk electronic structure of the unconventional superconductor Sr2RuO4: unusual splitting of the &#946; band.</a> New Journal of Physics. 14, 63039 (2012).</li><li>St&#246;we, K., Wagner, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+Structure+and+Calculated+Electronic+Band+Structure+of+ZrTe3.">Crystal Structure and Calculated Electronic Band Structure of ZrTe3.</a> Journal of Solid State Chemistry. 138, 160-168 (1998).</li><li>Zabolotnyy, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Momentum+and+temperature+dependence+of+renormalization+effects+in+the+high-temperature+superconductor+YBa2Cu3O7-&#948;.">Momentum and temperature dependence of renormalization effects in the high-temperature superconductor YBa2Cu3O7-&#948;.</a> Phys. Rev. B. 76, 064519 (2007).</li><li>Zabolotnyy, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disentangling+surface+and+bulk+photoemission+using+circularly+polarized+light.">Disentangling surface and bulk photoemission using circularly polarized light.</a> Phys. Rev. B. 76, 024502 (2007).</li><li>Kordyuk, A. A., Borisenko, S. V., Kim, T. K., Nenkov, K. A., Knupfer, M., Fink, J., Golden, M. S., Berger, H., Follath, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Origin+of+the+Peak-Dip-Hump+Line+Shape+in+the+Superconducting-State+(&#960;,0)+Photoemission+Spectra+of+Bi2Sr2CaCu2O8.">Origin of the Peak-Dip-Hump Line Shape in the Superconducting-State (&#960;,0) Photoemission Spectra of Bi2Sr2CaCu2O8.</a> Phys. Rev. Lett. 89, 077003 (2002).</li><li>Inosov, D. S., Fink, J., Kordyuk, A. A., Borisenko, S. V., Zabolotnyy, V. B., Schuster, R., Knupfer, M., B?chner, B., Follath, R., D?rr, H. A., Eberhardt, W., Hinkov, V., Keimer, B., Berger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Momentum+and+Energy+Dependence+of+the+Anomalous+High-Energy+Dispersion+in+the+Electronic+Structure+of+High+Temperature+Superconductors.">Momentum and Energy Dependence of the Anomalous High-Energy Dispersion in the Electronic Structure of High Temperature Superconductors.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 237002 (2007).</li><li>Inosov, D. S., Schuster, R., Kordyuk, A. A., Fink, J., Borisenko, S. V., Zabolotnyy, V. B., Evtushinsky, D. V., Knupfer, M., B?chner, B., Follath, R., Berger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitation+energy+map+of+high-energy+dispersion+anomalies+in+cuprates.">Excitation energy map of high-energy dispersion anomalies in cuprates.</a> Phys. Rev. B. 77, 212504 (2008).</li><li>H&#252;fner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Photoelectron Spectroscopy, Principles and Applications. , (1996).</li></ol>

관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

위에 표시된 바와 같이, 구현 방법은 단일 결정의 낮은 에너지 전자 구조를 연구에 매우 효율적입니다. 최근 수단 개선 정교한 많은 몸 분광법에 불과 특성화 및 대역 매핑 도구에서 ARPES을 실현 해 나가고 있습니다. 현대적인 실험은 정밀의 새로운 수준 고체 또는 나노 물체의 전자 구조에 대한 정보를 제공합니다. 금속의 경우 Fermi 표면에 대한 액세스, 반도체와 절연체, 그들의 표면 상태, 밴드 ?...

현재 ARPES 널리 고체의 전자 구조를 결정하는 데 사용됩니다. 보통이 방법의 다른 변형은 전자를 자극하기 위해 필요한 방사선의 소스에 의해 정의됩니다. 우리는 다양한 에너지 범위의 양극화와 여기 광자 에너지를 조정 할 수있는 특별한 기회를 제공하며, 높은 강도, 작은 대역폭 (에너지 HN의 불확실성)에 의해 특징 때문에 싱크로트론 방사선을 사용하고 그것은 수집 좁은 빔에 집중 할 수 있습니다 마이크론의 몇 수십의 장소에서 photoelectrons. 싱크로트론 방사는 2 GeV의 순서의 에너지 링에 순환 전자는 강력한 자석 (undulators)의 정기적 인 일정을 통과 ** 강요 전자 저장 링에서 생성됩니다. 자기 필드는 전자를 편향하고 빠른 전자가 방향을 변경할 때 방사선을 방출. 정확히이 방사선 그 다음이 더 monochromatized되는 이른바 빔라인로 이동합니다회절 격자에 의한 여러 거울에 의한 샘플의 표면에 초점을 맞추 었습니다. 세계의 많은 같은 시설이 마련되어 있습니다. 우리의 최종 역은 Helmholtz-젠트 럼 베를린에 속해있는 베시 저장 링의 beamlines 중 하나에 위치하고 있습니다. 이 ARPES 시설의 핵심은 전자 에너지 분석기 (그림 1)입니다. 우리가 전자의 표면을 떠나는 운동 에너지와 각도 모두에 관심이 있기 때문에 하나의 측정을 탐지하는 것은 매우 편리합니다. 아주 간단한 원리는이 접근법 현실 있습니다. 따라서 공간 푸리에 변환, 초점 평면의 한 지점에 특정 각도로 표면을 왼쪽 전자 광학 렌즈 사업 전자를 (수행 뒤에 초점 평면에있는 점에 비행기 파도를 초점을 맞추고 광학 렌즈와 기본 실험에서와 같이 그림 1). 이러한 방법으로 우리는 상호, 즉 운동량, 공간에 대한 액세스 권한을. distan초점 평면에서 전진 방향에서 CE는 각도로하기 때문에 광전자의 모멘텀에 해당합니다. 이제 전자 에너지의 관점에서 분석해야합니다. 이러한 목적을 위해 반구형 분석기의 입구 슬릿은 전자 광학 렌즈의 초점면에 정확히 배치됩니다. 두 반구의 전압은 특정 운동 에너지 (에너지를 이동하세요) 만 전자는 두 반구와 2 차원 검출기의 중심 라인에 땅의 중간에 정확하게 안내 할 것 같은 선택됩니다. 빠른되는 분들은 가까운 바깥 쪽 반구에 검출기를 누르 것이다; 느린되는 사람들은 내부 반구으로 편향 될 것입니다. 이러한 방법으로 우리는 동시에 각도와 운동 에너지의 함수로 photoemission 강도 분포를 얻을 수 있습니다. 기존의 방법을 통해 우리의 접근 방식의 가장 큰 장점은 그 세 cryomanipulator의 사용이다. OU를 수행하는 적어도 두 가지 이유가 있습니다t 낮은 온도에서 측정. 재료의 높은 온도, 에너지와 운동량에가 전자 주에서 더 지저분 해 졌네. 확대이 온도는 피해야하는 높은 정밀도와 전자 구조를 결정합니다. 또한, 많은 물리적 특성은 낮은 온도와 시스템의 바닥 상태에있는 전자 구조의 지식, 즉 T에서 = 0, 기본 중요합니다에에 설정된 일부 주문 현상 온도에 따라 달라집니다. 켈빈의 에바에 예제를 아래로 냉각 할 수있는 가장 효과적인 방법 중 하나는 그에게 3 가스를 액화하는 것입니다. 하위 켈빈 온도에 도달 많은 실험 문제가되지 않습니다에서 열 방사선 때문에, 매우 낮은 온도의 주요 적은 효과적으로 차폐 할 수 있습니다. 불행하게도,이 photoemission 실험의 경우되지 않습니다. 우리는 들어오는 빛과 나가는 전자를위한 무료 액세스를 제공해야합니다. 이은 세 종족으로 특별히 고안된 슬릿에 의해 실현된다diation의 방패가 발생했습니다 다른 온도. 광 자력 빔, 룸 온도 방사선에 의한 열 부하를 보상하기 위해, 그라 이오 스탯의 냉각 능력은 매우 높은해야합니다. 이것은 차가운 손가락과 샘플을 냉각 액체 그는 3 위의 증기 압력을 줄일 두 펌프의 매우 큰 펌핑 속도에 의해 달성된다. 우리 그 3 시스템의 설계 사양은 가장 강력한 세계합니다. 그것은 아마도 하나가 &quot;추운 표시&quot;, 객실 온도 창문을 통해 1 K 차가운 표면을 볼 수있는 지구상의 유일한 곳입니다. 현대적인 photoemission 실험의 스케치는 그림 1에 표시됩니다. 싱크로트론 빔 (점선 녹색 선) 샘플과 흥분의 photoelectrons의 한 K 차가운 표면을 켜집니다. 전자는 노란색, 자홍색 및 청록색 흔적이 differe에 대응 각도의 조건 (으로 정렬 반구형 분석기의 입구 슬릿에 예상 아르그리고 NT의 기울기 각도)과는 운동 에너지의 관점에서 분석하고 있습니다. 그림 2는 기울기 각도와 운동 에너지의 함수로 일반적인 농도 분포를 보여줍니다. 이 자료의 밴드 구조 계산과 비교 (오른쪽 패널)를 보여줍니다과 같은 강도 분포는 정말 기대됩니다. 이 상호 공간에 우리의 창입니다. 렌즈와 뇌에 전압을 스캔 및 수직 축 주위의 샘플을 돌려 (극 각도) 우리는뿐만 아니라 전례없는 정밀도와 상호 공간의 다양한 지역과 다양한 바인딩 에너지 범위를 탐색 할 수 있습니다. 특히, 틸트 및 극지 각도에서 계산 인 비행기 힘의 두 구성 요소의 함수로 Fermi 수준의 강도를 음모를 꾸미고, 우리는 Fermi 표면 (FS)에 직접 액세스 할 수 있습니다. 우리는 실험 수량이 &#39;사실로 될 수 얼마나 멀리의 실험의 최고 추정치를 이해&#39;불확실성 &#39;에서 *값. &quot; 8 GeV까지 - ** 낮은 에너지 링 ~ 0.8 GeV의 고 에너지 하나의 에너지를 할 수 있습니다.

<table border="1"><tbody><tr><td> 시약 / 재료의 이름 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 코멘트 </td></tr><tr><td> ZrTe 3 TiSe 2 싱글 결정 </td><td></td><td></td><td> 박사 헬무트 버거, EPFL, 로잔 (Lausanne)에서 성장 </td></tr><tr><td> 시니어 2 RuO 4 단일 결정 </td><td></td><td></td><td> 박사 안토니오 Vecchione의 그룹에 의해 성장 </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> 샘플 ZrTe 3, TiSe 2, 시니어 2 RuO 4 </td></tr></tbody></table>

angle-resolved photoemission spectroscopy at ultra-low temperatures

재료의 물리적 특성은 그 전자 구조에 의해 정의됩니다. 고체의 전자가 에너지 (ω)와 추진력 (K)와 주어진 ω와 k를 특정 상태에 그들을 발견 할 수있는 확률이 특징하는 것은 스펙트럼 함수에 의해 설명되어 A (K, ω). 이 기능은 직접 알버트 아인슈타인은 1921 년 다시 노벨상을받은의 설명을 들어, 잘 알려진 광전 효과에 따라 실험에서 측정 할 수 있습니다. 광전 효과에서 빛이 표면에 빛났다는 자료에서 전자를 꺼냅니다. 아인슈타인에 따르면, 에너지 절약은 하나의 샘플 내부의 전자의 에너지를 결정 할 수있는 빛을 광자와 운동 나가는 광전자의 에너지 알려져 있습니다의 에너지를 제공했습니다. 운동량 보존의 momen에 관련된 K 추정 할도 가능하게광전자가 표면을 떠난에서 각도를 측정하여 광전자의 죽을 차례. 이 기법의 현대적인 버전이 각도 - 해결 Photoemission 분광법 (ARPES) 전화 전자 구조를 결정하기 위해 모두 절약 법을 악용하고 있습니다, 즉 에너지와 고체 내부의 전자의 운동량. 압축 된 물질 물리학의 주제 문제를 이해하기위한 중요한 세부 사항을 해결하기 위해 세 수량을 최소화 할 필요가 : 광자 에너지의 불확실성의 * photoelectrons 및 샘플의 온도의 운동 에너지 불확실성이 있습니다. 우리의 접근에서 우리는 싱크로트론 방사선, 표면 과학 및 저온 학 분야에서 세 최근 성과 조화를 이루고 있습니다. 우리는 조정할 광자 에너지는 1 meV, 1 meV의 순서의 정밀도로 운동 에너지를 감지 전자 에너지 분석기 및 그 세 그라 이오 스탯 대체의 순서의 불확실성에 기여과 싱크로트론 방사를 사용하여ich은 우리가 우리 시니어 2 RuO 4 다른 자료를 하나의 크리스털에 얻은 전형적인 결과를 토론 한 K. 아래의 샘플의 온도를 유지할 수 있습니다. 이 자료의 전자 구조는 전례없는 선명도를 결정 할 수 있습니다.

빔라인 및 분석기의 높은 해상도와 함께 우리의 설치의 초저 온도는 우리가 매우 높은 전체 해상도 스펙트럼을 기록 할 수 있습니다. 이것은 그림 3에 도시된다. 에너지 해상도의 일반적인 시험은 금속의 Fermi 가장자리의 폭을 측정하는 것입니다. 이 경우는 신선한 증발 인듐 영화입니다. 정확하게 가장자리를 설명하는 스텝 기능을 복잡한 경우 가우스의 절반 최대의 전체 폭 (FWHM)은 2...

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Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

이 방법의 전반적인 목표는 싱크로트론 방사와 각도 - 해결 Photoemission 분광법을 사용하여 매우 낮은 온도에서 고체의 낮은 에너지 전자 구조를 결정하는 것입니다.

울트라 낮은 온도에서 각도 - 해결 Photoemission 분광법

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

angle-resolved-photoemission-spectroscopy-at-ultra-low-temperatures

Research

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17.5K 조회수.  IFW-Dresden. 이 방법의 전반적인 목표는 싱크로트론 방사와 각도 - 해결 Photoemission 분광법을 사용하여 매우 낮은 온도에서 고체의 낮은 에너지 전자 구조를 결정하는 것입니다.

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Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

극단적 인 압력과 온도에서 합성 부위 회절

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

연구

공학

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

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

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

스캐닝 프로브 단일 전자 용량 분광학

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

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

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

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

연속파 광 파라 메트릭 발진기와 빛의 양자 상태 공학

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

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. At the same time the AFM tip is passivated to prevent unspecific interactions between the tip and the substrate, which is a prerequisite to study single molecules attached to the AFM tip. Analyses to determine the adhesion force, the adhesion length, and the free energy of these molecules on solid surfaces and bio-interfaces are shortly presented and external references for further reading are provided. Example molecules are the poly(amino acid) polytyrosine, the graft polymer PI-g-PS and the phospholipid POPE (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine). These molecules are desorbed from different surfaces like CH3-SAMs, hydrogen terminated diamond and supported lipid bilayers under various solvent conditions. Finally, the advantages of force spectroscopic single molecule experiments are discussed including means to decide if truly a single molecule has been studied in the experiment.

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

원자 힘 분광학에 의해 단일 ​​분자 접착 조사

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

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

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

극단적 인 나노 와이어 및 기타 1D 시스템의 공명 라만 분광법

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

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

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

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

높은 해상도 포논 도움을 준 공명 형광 분광학

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

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted researchers&#39; attention in many fields. Most of the studies focused on macroscopic LCE structures (films, fibers) and their miniaturization is still in its infancy. Recently developed lithography techniques, e.g., mask exposure and replica molding, only allow for creating 2D structures on LCE thin films. Direct laser writing (DLW) opens access to truly 3D fabrication in the microscopic scale. However, controlling the actuation topology and dynamics at the same length scale remains a challenge.
In this paper we report on a method to control the liquid crystal (LC) molecular alignment in the LCE microstructures of arbitrary three-dimensional shape. This was made possible by a combination of direct laser writing for both the LCE structures as well as for micrograting patterns inducing local LC alignment. Several types of grating patterns were used to introduce different LC alignments, which can be subsequently patterned into the LCE structures. This protocol allows one to obtain LCE microstructures with engineered alignments able to perform multiple opto-mechanical actuation, thus being capable of multiple functionalities. Applications can be foreseen in the fields of tunable photonics, micro-robotics, lab-on-chip technology and others.

Free-form Light Actuators &amp;#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

자유 형식 등 엑츄에이터 - 현미경 규모의 제조 및 개폐 제어

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Evanescent Field Based Photoacoustics: Optical Property Evaluation at Surfaces

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. Optical property evaluation of thin films and the surfaces of bulk materials is an important step in understanding new optical material systems and their applications. The method presented can estimate thickness, refractive index, and use absorptive properties of materials for detection. This metrology system uses evanescent field-based photoacoustics (EFPA), a field of research based upon the interaction of an evanescent field with the photoacoustic effect. This interaction and its resulting family of techniques allow the technique to probe optical properties within a few hundred nanometers of the sample surface. This optical near field allows for the highly accurate estimation of material properties on the same scale as the field itself such as refractive index and film thickness. With the use of EFPA and its sub techniques such as total internal reflection photoacoustic spectroscopy (TIRPAS) and optical tunneling photoacoustic spectroscopy (OTPAS), it is possible to evaluate a material at the nanoscale in a consolidated instrument without the need for many instruments and experiments that may be cost prohibitive.

Here we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. This technique evanescent field-based photoacoustics can be used to create a photoacoustic metrology system to estimate materials&#39; thicknesses, bulk and thin film refractive indices, and explore their optical properties.

사라져가는 필드를 기반 Photoacoustics : 광학 특성 평가 표면에

Here, we present a protocol to estimate material and surface optical properties using the photoacoustic effect combined with total internal reflection. ...

A Simple Dewar/Cryostat for Thermally Equilibrating Samples at Known Temperatures for Accurate Cryogenic Luminescence Measurements

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and a CCD spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, fast sample freezing, fast alignment of the sample, accurate and stable sample temperatures, and small size and portability of the Dewar/cryostat cryogenic unit. When coupled with the fast data acquisition rates of the CCD spectrograph, this Dewar/cryostat is capable of supporting cryogenic luminescence spectroscopic measurements on luminescent samples at a series of known, stable temperatures in the 77-300 K range. A temperature-dependent study of the oxygen quenching of luminescence in a rhodium(III) transition metal complex is presented as an example of the type of investigation possible with this Dewar/cryostat. In the context of this apparatus, a stable temperature for cryogenic spectroscopy means a luminescent sample that is thermally equilibrated with either liquid nitrogen or gaseous nitrogen at a known measureable temperature that does not vary (&#916;T &#60; 0.1 K) during the short time scale (~1-10 sec) of the spectroscopic measurement by the CCD. The Dewar/cryostat works by taking advantage of the positive thermal gradient dT/dh that develops above liquid nitrogen level in the Dewar where h is the height of the sample above the liquid nitrogen level. The slow evaporation of the liquid nitrogen results in a slow increase in h over several hours and a consequent slow increase in the sample temperature T over this time period. A quickly acquired luminescence spectrum effectively catches the sample at a constant, thermally equilibrated temperature.

A simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus comprised of a small fused silica optical Dewar, a thermocouple, and a charge-coupled device (CCD) spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, freezing, and alignment, accurate and stable sample temperatures, and small size/portability.

정확한 극저온 발광 측정을위한 알려진 온도에서 열적으로 평형화 샘플에 대한 간단한 듀어 /의 저온

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and ...

Measuring the Densities of Aqueous Glasses at Cryogenic Temperatures

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid cooling, to prepare the desired cryogenic temperature phase. Microliter to picoliter size drops are cooled by projection into a liquid nitrogen-argon (N2-Ar) mixture. The cryogenic temperature phase of the drop is evaluated using a visual assay that correlates with X-ray diffraction measurements. The density of the liquid N2-Ar mixture is adjusted by adding N2 or Ar until the drop becomes neutrally buoyant. The density of this mixture and thus of the drop is determined using a test mass and Archimedes principle. With appropriate care in drop preparation, management of gas above the liquid cryogen mixture to minimize icing, and regular mixing of the cryogenic mixture to prevent density stratification and phase separation, densities accurate to &#60;0.5% of drops as small as 50 pL can readily be determined. Measurements on aqueous cryoprotectant mixtures provide insight into cryoprotectant action, and provide quantitative data to facilitate thermal contraction matching in biological cryopreservation.

A protocol for determining the vitreous phase densities of micro- to pico-liter size drops of aqueous mixtures at cryogenic temperatures is described.

극저온에서 수성 유리의 밀도 측정

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid ...