이 연구는 국립 과학 재단 (NSF 경력 수상 CCF-0347303와 NSF 부여 CCF-0541105)에 의해 재정 지원되었다. 저자는 지적 공헌 야로슬라프 Křivánek, 존 달, 에드가 벨라스케스 - Armendáriz, 벤젤 야콥, 제임스 하비, 수잔 레즈, 엘리스 로우, 존 Hermanson에게 감사의 말씀을 전합니다. 코넬 구형 갠트리는 드웨인 Fulk, 마크 자연스런 및 Szymon Rusinkiewicz에 의한 디자인에서 지어졌다.

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관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

많은 안료 및 구조 착색의 성능과 기능을 잘 인식하고 있지만, 많은 integuments의 형태는 구조적 세부 사항 및 기능이 제대로 20 이해되도록 복잡합니다. Integuments는 차동 뷰어를 향해 방향성 빛을 반사하는 유기체의 표면에 공간적으로 다양 전문화을 개발했습니다. 방향성이 주로 생물 외피의 무지개로 그것의 색깔 사건과 시야각의 변화 교대, 연구에 의한 무지개 빛의 연구에 주목을받은 것은 주로 1D 얻고 어떤 차원 측정 8,12,17있다. 그러나 일반 6D 측정 무지개 빛깔하거나 integuments 21-23의 연구에 루틴되지 않은, 그리고 생명체의 색상 표현형의 문학은 우리의 방법을 제공하는 형식의 방향 색상 데이터의 부족에 의해 제한됩니다. 깃털은 특히 R입니다라미, 말초 깃가지 (barbules), 그리고 인접 깃가지 (barbules) : 밀리 규모의 미늘 구조의 배열을 포함하는 무형 문화 유산 외피 재료. 요소와 자신의 복잡한 배열의 작은 규모 어려운 개별 요소의 광산란 성능을 분별합니다. 우리의 프로토콜은 성공적으로 매크로 스케일 형상의 영향에서 밀리 규모의 구조입니다. 날개의 먼 필드 서명에 밀리 스케일 구조의 방향 표현의 기능적 결과를 특성화함으로써, 우리는 그들의 적응 결과로 문의 가능. 우리는 스펙트럼, 공간 및 각 해상도 사이의 실질적인 장단점에 직면했다. 우리는 높은 공간, 중간 각도 및 우리의 연구를위한 낮은 스펙트럼을 선택했다. 다른 조합을 사용하지만, unworkably 긴 측정 시간에 일부 (예를 들어, 모든 높음) 리드 할 수있다. 이 연구되고 특정 현상에 대한 중요한 경우주의 집중해야합니다. RGB CA를 고용하는 선택에바이엘 필터 모자이크 메라, 우리는 인간의 시각 시스템과 일치하기 위하여 프로토콜을 설계했습니다. RGB 카메라를 교체하고 우리의 프로토콜은 모든 유기체의 상대 색 자극을 측정하기 위해 적용 할 수있는, UV 스펙트럼의 예를 들면 감도는 조류 테트라 유채색 24.25을 측정하기 위해 필요합니다. 스펙트럼 화상 카메라는 가장 일반적인 솔루션을 25을 제공 할 것입니다. 그들은 화려하고 쉽게 참조 플레이트에 평평하기 때문에 우리는 tertial 날개 깃털로 우리의 프로토콜을 보여 주었다. 불행하게도, 금속판의 조리개 날개 표면의 일부만을 공개했다. 그 반사율 25를 측정하면서 동시에 날개 표면의 3 차원 형상을 측정 할 수 있다면, 우리는 깃털을 평평하게 기계적으로 방지하고 대신 자연, 평탄화 상태에서 전체 깃털을 측정 할 수 있습니다. 시각화 데이터에 대한 대화 형 전문, 통합 도구는 substanti을 제공합니다알은 대용량 데이터 볼륨을 탐구하고 해석하는 과학자 혜택을 누릴 수 있습니다. 더 큰 통합과 상호 작용은 데이터의 쉬운 연결이 관찰된다. 우리의 소프트웨어에서 사용자가 대화 형으로 표면의 위치 (그림 4)의 함수로 평균 방향 산란을 플롯 할 수 있습니다. 우리의 소프트웨어의 개발과 다른 음모를 꾸미고 기능 (그림 6, 7) 인터렉티브 한 경험을 확장 통합 할 수 있습니다.

유기체의 외피의 색상과 패턴은 생태 학적으로 재생하고 대부분의 동물 분류군의 사회적 중요한 기능을합니다. 이러한 표현형의 속성은 공간적 (외피의 표면을 가로 질러)와 방향성 (방향 조명 ​​및보기의 변화와) 다릅니다 광 산란을 전시 할 수있는 외피의 구조와 빛의 상호 작용에 의해 결정됩니다. 같은 깃털 같은 복잡한 생물학적 물질에 빛을 산란 방향 밀리 규모의 형상을 반복 방향에 의해 영향을 받는다. 이러한 밀리 규모의 구조 자체는 등 자주 밀리 규모의 방향을 상속 멜라닌 배열과 같은 나노 스케일 구조에 포함 할 수 있습니다. 에서 매크로 스케일 나노로, 외피의 구조는 유기체의 신호 능력을 높이기 위해 기능적으로 진화했다. 전체적인 모양에 따라 다양한 스케일의 형태의 영향을 평가하기 위해, 도구생물학적 구조의 색을 측정하고 분석하는 배율의 다양한 규모에서 방향 빛의 산란을 분리 할 수​​있는 유연성이 필요합니다. 우리는 날개의 복잡하고 다양한 밀리 스케일의 형태 (미늘 라미, 말초 깃가지 (barbules) 및 근위 깃가지 (barbules))의 성능이 나노 스케일 구조 만에서 가능한 표현의 범위를 확장하는 방법 공부하기 이미지 기반의 측정 도구를 개발했다. 카메라에서 촬영 한 이미지에, 우리는 빛 깃털의 표면에 다른 장소에서 다르게 반영 관찰, 즉, 빛의 반사율이 공간적으로 변화했다. 우리는 날개에 대하여 빛과 카메라의 방향을 왔을 때, 우리는 반사율 빛 반사율이 1 방향성에 따라 변화되었다, 즉, 변화 관찰했다. 이러한 관찰에 따라, 우리는 차근 차근 우리가 스와의 2 차원 캡처되는 구형 갠트리 2,3를 사용하여 피사체 주변 빛과 카메라를 이동하는 프로토콜을 설계rface 위치 (X와 Y), 빛의 방향의 2 차원 (위도와 경도), 카메라 방향의 2 차원 (위도와 경도) (그림 2). 소프트웨어에서 우리는 시각적으로 위치, 조명의 방향과 뷰 방향의 함수로 산란광의 6 차원을 탐구. integuments의 반사율에 이전 연구는 너무 자주 방향성의 기여를 할인하고있다 - 예를 들어, 확산 대 거울 또는 등방성 대 이방성 반사 - 색상 표현합니다. 대부분의 색상 측정은 신중하게 방향 효과를 방지하기 위해 입사광, 개체 및보기 지오메트리를 해결했습니다. 예를 들어, 색상 측정에서 거울 반사를 제거하기 위해, 그것은 표면에 수직 조명을 배치하고 정상에서 45 °에서 반사율을 기록하는 것이 일반적입니다. 방향성 - 다양한 반사율을 링크 형태를 수행 할 연구는 일반적으로 나노 스케일에 초점을그리고 무지개 빛깔의 결과 4-8. 몇몇은 멀리 필드 광 서명 8-11 마이크로, 밀리 및 매크로 스케일 형상의 기여를 고려하십시오. 그것은 같은 미늘 라미, 깃가지 (barbules), 그리고 심지어 전체 깃털 6,8,11-17 같이 여러 밀리 및 / 또는 매크로 스케일의 구성 요소를 포함 할 수있다 그 하나의 영역에 걸쳐 총 반사율에 광 검출기를 채용하는 것이 일반적입니다 . 관심 영역 중 하나 검출기의 분해능 한계보다 작거나보기 검출기의 필드의 모양을 준수하지 않는 경우, 일반적인 프로토콜은 특정 밀리 스케일 요소 8,10에서 빛의 산란을 분리 표본 해부를 지정 , 13,15. 우리는 측정 수집과 종종 다른 더 초점을 맞춘 연구에서 무시 다양한 변수의 탐험을 장려 시각화를위한보다 포괄적 인 프로토콜을 개발했습니다. 우리는 방향과 아 크로스의 영역에 걸쳐 빛의 산란을 측정높은 동적 범위의 대규모 세트를 사용하여 공간의 SA 영역은, 고해상도 사진은 빛과 보는 방향의 체계적인 세트에서 촬영. 우리는 미세 규모의 픽셀 탐지기는 2 차원 배열의 고해상도 이미지 센서를 사용합니다. 하드웨어 통합은 우리가 측정하는 밀리 스케일의 요소보다 작은 규모로, 픽셀 수준에서 발생합니다. 사용자와 소프트웨어의 두 번째 단계의 집계 개별 픽셀은 관심 영역의 모양과 크기를 선택합니다. 따라서, 단일 측정 세트는 반복적으로 여러 생물학적으로 관련 위치와 규모에서 물질과 빛의 상호 작용의 다양한 측면을 탐구하는 소프트웨어에서 분석 할 수 있습니다. 해부를 제거하고 전체 깃털을 측정하여, 우리의 프로토콜은 자연 상황 및 구성 밀리 스케일 요소 사이의 빛의 상호 작용입니다 기능을 유지, 그대로 깃털 날개의 형태를 떠나는 장점이 있습니다. 생명체의에서 빛을 산란tructure 다차원하고 정량화하기 어렵습니다. 측정 6D 빛의 산란은 아직 어떠한 단일 악기 규모의 계층 구조 내의 특정 형태에 기인 할 수 없습니다. 그러나 우리는이 추구하는 중요한 단계를 만들었습니다. 샘플링 반사율 갠트리를 사용하여 소프트웨어에 대량의 데이터를 탐험하고 그래픽 데이터 하위 집합을 시각화 - - 우리는 세 가지 보완 방법을 포괄하는 도구를 개발했습니다 아래에, 자료의 어떤 지점에서 6D 빛의 산란을 측정하는 우리의 능력을 확장하는 밀리 스케일. 등 우리와 같은 프로토콜이 사용된다, 우리는 생물학 발전의 여러 스케일의 방향성과 공간적 변화 특성 및 해당 구조 적응의 무수를 식별 할 전망이다. 우리의 도구를 사용 우리는 밀리 스케일 구조의 방향 및 공간 표현의 신호 잠재력을 특성화에 종사하고, 그들의 적응 결과에 빛을 창고 수 있도록 노력하겠습니다. 우리는 같은 질문의 범위를 다음 주소에서y는 깃털의 미세 규모의 요소 또는 중대한 규모의 지역이 강하게 반영 관측 지점을 주어진? 어떻게 미세 스케일 요소의 방향이 흩어져 빛의 방향에 영향을 미치는가? 어떤 형태 조건은 무지개 빛깔의 장식의 반짝이 스파클 대 매끄러운 광택을 생산? 몇몇 종은 다른 사람보다 무지개 빛의 관측 폭 넓은 &quot;창&quot;을 생산합니까? 이 질문은 조류와 그들의 깃털에 대한뿐만 아니라 신호, 위장, 또는 다른 이유로 특정 표면 외관을 발전시켜 다른 어떤 생물에 대해 질문 할 수 있습니다.

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

빛은 공간 규모의 다양한 유기체의 외피와 상호 작용합니다. 무지개 빛깔의 조류 예를 들어 나노 스케일 구조는 색상을 생산, 미늘과 깃가지 (barbules)의 밀리 스케일의 구조는 크게 반사 된 빛의 방향 패턴을 결정하고, 중복, 곡선 깃털의 매크로 스케일의 공간 구조를 통해 이러한 방향 효과 만들기 시각적 질감. 유기체의 몸에, 어떤 관점에서 무엇 조명 아래 무지개 빛깔의 색상이 보이는 곳 밀리 규모와 매크로 스케일의 효과를 결정합니다. 따라서, 벌새 무지개 빛깔의 목에서 화려한 색상의 지향성 플래시가 부적절 만의 나노 스케일 구조에 의해 설명과 질문이 남아있다. 주어진 관측 지점에서, 그 깃털의 밀리 스케일 요소를 강하게 반영 지향? 몇몇 종은 다른 사람보다 무지개 빛의 관측 폭 넓은 &quot;창&quot;을 생산합니까? 이들과 유사한 질문 MAY는 신호, 위장, 또는 다른 이유로 특정 표면의 모양을 진화하는 생물에 대해 질문 할 수. 깃털에서 빛이 산란 방향 패턴을 연구하고 새의 밀리 스케일의 형태에 관계하기 위해, 우리는 조명의 변화와 방향을보고 찍은 많은 고해상도 사진을 사용하여 생물 자원의 산란광을 측정하기위한 프로토콜을 개발했다. 우리는 방향의 함수로 산란광을 측정하기 때문에, 우리는 특정 깃털에서 산란되는 빛의 방향 분포 특징을 관​​찰 할 수 있고, 미늘과 깃가지 (barbules) 우리의 이미지에서 해결되기 때문에, 우리는 분명히 서로 다른에 방향 기능을 속성 수 밀리 규모의 구조. 시편은 그대로 유지하는 것은 자연에서 볼 수있는 총 규모의 산란 행동을 유지합니다. 여기에 설명 된 방법은 공간적으로 그리고 방향성-VA 분석을위한 일반화 된 프로토콜을 제공합니다여러 구조적 규모에서 복잡한 생물 학적 물질로부터 빛의 산란을 휴대용가.

우리의 프로토콜의 기본 측정 (그림 1의 정기 나는) 표면에 수직 카메라의 방향을 고정 만 빛을 옮겼습니다. 상호의 원칙에 빛을 산란을 준수하기 때문에, 결과는 반구 또는 그 반대에 빛을 이동하면서 카메라가 일정한 보유 여부 동일합니다. 우리는 카메라 나 조명 하나를 수정하면 완전 4 차원 방향 설정은 언더 있습니다. 산란 행동의 풀러 그림은 기본 측정과는 달리, 빛과 카메라를 모두 표면의 정상에서와 방향의 다양성에서 멀리 이동할 때, 관찰된다. 이상적으로, 우리는 대칭 데이터 세트를 산출하기 위해 많은 카메라 방향에서 입사광 방향의 수에서도 많은 빛을 산란을 측정 할 수 있습니다. 실제로이 너무 많은 노출이 필요합니다. 우리의 경험, 우리는 카메라를 몇 번 벗를 이동하여 다른보기의 위치에 대한 충분한 정보를 얻을 수 있습니다밍 180면 정상에 대한 ° 회전 대칭. 차 측정 단계에서, 우리는 반구에와 절정 18,19 (그림 1의 일상 II.A) 60 °에서 배포 7보기 방향에서 측정을 인수했다. 이 논문의 그림에서, 우리는 Lamprotornis purpureus (자주색 광택 찌르레기), 무지개 빛깔의 광택 및 이방성가되는 반사율 (그림 5)의 날개에서 측정 한 대표적인 데이터를 보여줍니다. 7보기 각 방향에서 반사 된 빛이 반구에 입사 조명 방향의 수백에서 수집됩니다. 방향 깃털의 중심 축 (그림 4의 깃털 이미지 참조)에 직각 방향의 좁은 밴드를 형성한다. {0 °, 0 &amp; 드에서 볼 수있는 것처럼 날개가 표면에 수직으로 볼 때 무지개 색 변화는 미묘한 (정상 발생률에 푸른 빛이 도는 녹색과 방목 발생에 녹색 - 파랑)입니다G, 그림 5} RGB 플롯. 시야각 접근 방목으로 보는 방향과 방목 입사 방향 사이의 각도에서 볼 수있는 것처럼 더 눈에 띄는 색상 변화 (푸른 빛이 도는 녹색 입사 보는 방향 사이에 240 °에서 0 °, 마젠타시)로 이어지는 극대화 {60 °, 0 °} 그림 5의 RGB 플롯. 우리는 우리가 1 차원 움직임을 제한하면 훨씬 미세한 각도 해상도에서 빛과 카메라의 단계로 여유가 있습니다. 그림 6 L.의 반사율의 색도를 보여줍니다 사건과 시청 방향 말초 barbule의 종축에 수직 반사 밴드를 포함하는 평면에 입사 보는 방향 사이의 각도의 함수로 purpureus 깃털입니다. 색도 공간을 통해 무지개 빛깔의 색 호의로, 색상은 푸른 빛이 도는 녹색에서 보라색으로 이동합니다. 공간 VARI<html> 방향 반사율 ATION이 표시됩니다 여기서 다른 (X, Y)는 외피 다른 밀리 스케일의 구조에 해당하는 좌표. L.의 경우 purpureus 한 구조 - 말초 barbule이 -이 지역의 대부분 볼 수 있습니다. 대조적으로, C.에서 cupreus는, 세 밀리 규모의 구조 - 라미, 말초 깃가지 (barbules) 및 근위 깃가지 (barbules) - 명확 데이터 구분됩니다, 우리는 날개에서 해당 반사율을 관찰 할 수있다 (그림 8) 각 구조의 종축에 대하여 지향 . <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig1.jpg" /> 그림 1. 이 개략도는 두 가지 장착 방법, 구형 갠트리 좌표계 수집 샘플링과 각각의 결과 유형을 보여줍니다.<html> / ftp_upload/50254/50254fig1large.jpg &quot;대상 =&quot;_blank &quot;&gt; 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig2.jpg" /> 그림 2. 평평 깃털 대상의 고리에 의해 둘러싸여 금속 접시에 구멍을 통해 볼 수 있습니다. 구형 갠트리 여러 사건 조명과 보는 방향에 깃털에서 빛이 산란을 측정하기 위해 제기 할 수 있습니다. L = 라이트 암 (위도). C = 카메라 암 (위도). B = 카메라 자료 (경도). T = 턴테이블 (경도). F = 깃털입니다. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig3.jpg" /> 그림 3. 평균 방향 산란 깃털 날개의 점, 선 또는 사각형 영역에서 계산 될 수 있습니다. p_upload/50254/50254fig4highres.jpg &quot;SRC =&quot;/ files/ftp_upload/50254/50254fig4.jpg &quot;/&gt; 그림 4. 기능을 플로팅 (R * = 반사율, T * = 투과율, P * = 위쪽, F * = 프론트, S * = 사이드, * = 임의)와 색 구성표 (* 1 = 휘도, * 2 = RGB 방향 산란의 예 * 3 = 색도). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig4large.jpg" target="_blank">큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오</a> . <img alt="그림 5" fo:content-width="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig5.jpg" /> 그림 5. 휘도 (상단)와 (앙각, 방위각) 좌표 쌍에서 볼 때 방향 코사인 공간에서 반구 반사율의 RGB 컬러 (아래) : {0 °, 0 °}, {30 °, 0 °}, { 30 °, 90 °}, {60 °, 0 °}, {60 °, 45 °}, {60 °, 90 °}, 그리고 {60 °, 135 °}. 반사율은<html> tertial L.의 측면 날개의 25 × 25 픽셀의 사각형 영역에서 평균 purpureus (자주색 광택 찌르레기) 깃털. 빨간색 화살표는 카메라의 방향을 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig5large.jpg" target="_blank">큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오</a> . <img alt="그림 6" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig6.jpg" /> 그림 6. 입사 조명과 보는 방향과 반 각도의 함수로 반사율의 색도 :. 확대 영역이 CIE 1976 색도 균일 저울 (USC)는 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig6large.jpg" target="_blank">큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오</a> . / &quot;SRC =&quot;/ files/ftp_upload/50254/50254fig7.jpg &quot;를 50254/50254fig7highres.jpg /&gt; 그림 7. 입사 조명과 보는 방향 사이의 각도의 함수로 반사율을 가진 (빨강) 및 수직 원심 barbule의 (음영) 종축에 평면 : (A) 지배적 인 파장, (B) 비율 채도 (C ) 비율 휘도. 플롯의 색 음영 반사율의 RGB 색상입니다. 음의 파장 값은 비 스펙트럼 보라색 삼각형의 색상을 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig7large.jpg" target="_blank">큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오</a> . <img alt="그림 8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig8.jpg" /> 그림 8. C. 두 개의 인접한 라미 사이의 말초 깃가지 (barbules) 및 근위 깃가지 (barbules)의 평균 방향 반사율 cupreus (AF리카 에메랄드 뻐꾸기). <img alt="그림 9" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig9.jpg" /> 그림 9. 겐 램프에 의해 조명 (A) 비 정류 이미지 카메라의 플래시 조명에 의해 (B) 비 정류 이미지, (C) 아핀 변환 된, 플래시 조명 이미지의 깊이에서 (D) 수용 가능한 날카로운 대상에서 필터링 대상 후보 필드 (E) 정류 램프 조명 이미지 (F) 회전 날개가 잘려 마스크, 최대 팁. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig9large.jpg" target="_blank">큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오</a> .

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

우리는 구조적으로 복잡한 물질로 흩어져 빛의 방향으로 공간 변화를 샘플링 비파괴 방법을 제시한다. 동시에 고해상도 이미지와 미세 규모의 방향 기여를 캡처하는 동안 물질이 그대로 유지함으로써, 우리는 총 규모의 산란 행동을 유지합니다. 결과는 생물학 관련 위치와 규모에서 소프트웨어의 시각이다.

생물 재료의 공간적 및 방향성에 따라 변화 광산란 측정

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

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12.4K 조회수.  Cornell University. 우리는 구조적으로 복잡한 물질로 흩어져 빛의 방향으로 공간 변화를 샘플링 비파괴 방법을 제시한다. 동시에 고해상도 이미지와 미세 규모의 방향 기여를 캡처하는 동안 물질이 그대로 유지함으로써, 우리는 총 규모의 산란 행동을 유지합니다. 결과는 생물학 관련 위치와 규모에서 소프트웨어의 시각이다.

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Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

공간적으로 밀폐 복합 산화물의 제조

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

연구

공학

Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

1-2 평면 흐름 - 작은 각 중성자 산란을 이용하여 재료 미세 조직에서 유량을 측정

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped crystallites. Neutrons are passed through two well defined regions of magnetic field; one before and one after the sample. The two magnetic field regions have opposite polarity and are tuned such that neutrons travelling through both regions, without being perturbed, will undergo the same number of precessions in opposing directions. In this case the neutron precession in the second arm is said to &#34;echo&#34; the first, and the original polarization of the beam is preserved. If the neutron interacts with a sample and scatters elastically the path through the second arm is not the same as the first and the original polarization is not recovered. Depolarization of the neutron beam is a highly sensitive probe at very small angles (&#60;50&#160;&#956;rad) but still allows a high intensity, divergent beam to be used. The decrease in polarization of the beam reflected from the sample as compared to that from the reference sample can be directly related to structure within the sample.
In comparison to scattering observed in neutron reflection measurements the SERGIS signals are often weak and are unlikely to be observed if the in-plane structures within the sample under investigation are dilute, disordered, small in size and polydisperse or the neutron scattering contrast is low. Therefore, good results will most likely be obtained using the SERGIS technique if the sample being measured consist of thin films on a flat substrate and contain scattering features that contains a high density of moderately sized features (30 nm to 5 &#181;m) which scatter neutrons strongly or the features are arranged on a lattice. An advantage of the SERGIS technique is that it can probe structures in the plane of the sample.

Progress has been made in utilizing spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) as a neutron scattering technique to probe the length-scales in irregular samples. Crystallites of [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester have been probed using the SERGIS technique and the results confirmed by optical and atomic force microscopy.

중성자 스핀 에코 사용 하 여 방목 발생률 을 해결 하는 유기 태양 전지 물질을 조사 하기 위해

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

단일 플라즈몬 나노 입자에서 비선형 산란 측정

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

형상 기억의 조사를 기반으로 Elastocaloric 냉각 프로세스 및 모델 검증을위한 실험 방법

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

SLPS (Scanning Profiling Profiler) 기반 방법론으로 안구 내 렌즈의 전방 및 후방 산란을 정량적으로 평가

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

High-speed Continuous-wave Stimulated Brillouin Scattering Spectrometer for Material Analysis

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as aqueous solutions and biomaterials, with fast acquisition times. Here, we discuss the assembly and operation of a Brillouin spectrometer that uses stimulated Brillouin scattering (SBS) to measure stimulated Brillouin gain (SBG) spectra of water and lipid emulsion-based tissue-like samples in transmission mode with &lt;10 MHz spectral-resolution and &lt;35 MHz Brillouin-shift measurement precision at &lt;100 ms. The spectrometer consists of two nearly counter-propagating continuous-wave (CW) narrow-linewidth lasers at 780 nm whose frequency detuning is scanned through the material Brillouin shift. By using an ultra-narrowband hot rubidium-85 vapor notch filter and a phase-sensitive detector, the signal-to-noise-ratio of the SBG signal is significantly enhanced compared to that obtained with existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables measurement of SBG spectra with up to 100-fold faster acquisition times, thereby facilitating high spectral-resolution and high-precision Brillouin analysis of soft materials at high speed.

We describe the construction of a rapid continuous-wave-stimulated-Brillouin-scattering (CW-SBS) spectrometer. The spectrometer employs single-frequency diode-lasers and an atomic vapor notch-filter to acquire transmission spectra of turbid/non-turbid samples with high spectral-resolution at speeds up to 100-fold faster than those of existing CW-SBS spectrometers. This improvement enables high-speed Brillouin material analysis.

소재 분석에 대 한 고속 연속파 자극된 브 릴 루 앵 산란 분 광 계

Recent years have witnessed a significant increase in the use of spontaneous Brillouin spectrometers for non-contact analysis of soft matter, such as ...

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising from metallic periodic arrays without involving time-resolved techniques. We have formulated the rates by quantities that can be measured by simple optical measurements. The instrumentation based on angle- and polarization-resolved reflectivity and photoluminescence spectroscopy will be described in detail here. Our approach is intriguing due to its simplicity, which requires routine optics and several mechanical stages, and thus is highly affordable to most of the research laboratories.

This protocol describes the instrumentation for determining the excitation and coupling rates between light emitters and Bloch-like surface plasmon polaritons arising from periodic arrays.

여기 및 빛 방출 및 표면 플라스몬 Polaritons 사이 요금 커플링

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.

싱크 로트 론 엑스레이 Microdiffraction 및 광물 및 암석 샘플의 형광 이미징

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, with its peak locomotion speed reaching 150 cm/s. First of all, we observed the microstructure and hierarchy of water strider legs using the scanning electron microscope. On the basis of the observed morphology of the legs, a theoretical model of the detachment from water surface was established, which explained water striders' capability to slide on water surface effortlessly in terms of energy reduction. Secondly, a dynamic force measurement system was devised using the PVDF film sensor with excellent sensitivity, which could detect the whole interaction process. Subsequently, a single leg in contact with water was pulled upward at different speeds, and the adhesion force was measured at the same time. The results of the departing experiment suggested a deep understanding of the fast jumping of water striders.

The protocol here is dedicated to investigating the free and quick maneuvering of water strider on water surface. The protocol includes observing the microstructure of legs and measuring the adhesion force when departing from water surface at different speeds.

물 트라이 다리 PVDF 필름 센서에 의해 위쪽으로 점프에 행동 하는 동적 힘의 측정

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...