The authors have no acknowledgements.

<ol>
	<li>Barth, J. V., Costantini, G., Kern, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+atomic+and+molecular+nanostructures+at+surfaces.">Engineering atomic and molecular nanostructures at surfaces.</a> Nature. 437, 671-679 (2005).</li><li>Otero, R., Rosei, F., Besenbacher, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+tunneling+microscopy+manipulation+of+complex+organic+molecules+on+solid+surfaces.">Scanning tunneling microscopy manipulation of complex organic molecules on solid surfaces.</a> Annu. Rev. Phys. Chem. 57, 497-525 (2006).</li><li>Urgel, J. I., Ecija, D., Auw&#228;rter, W., Barth, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Manipulation+of+Gadolinium+Coordinated+Supramolecules+by+Low-Temperature+Scanning+Tunneling+Microscopy.">Controlled Manipulation of Gadolinium Coordinated Supramolecules by Low-Temperature Scanning Tunneling Microscopy.</a> Nano Lett. 14, 1369-1373 (2014).</li><li>Fournier, N., Wagner, C., Weiss, C., Temirov, R., Tautz, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force-controlled+lifting+of+molecular+wires.">Force-controlled lifting of molecular wires.</a> Phys. Rev. B. 84, 035435 (2011).</li><li>Wagner, C., Fournier, N., Tautz, F. S., Temirov, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+Binding+Energies+of+the+Organic-Metal+Perylene-Tetracarboxylic-Dianhydride/Au(111)+Bonds+by+Molecular+Manipulation+Using+an+Atomic+Force+Microscope.">Measurement of the Binding Energies of the Organic-Metal Perylene-Tetracarboxylic-Dianhydride/Au(111) Bonds by Molecular Manipulation Using an Atomic Force Microscope.</a> Phys. Rev. Lett. 109 (7), 076102 (2012).</li><li>Wagner, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-additivity+of+molecule-surface+van+der+Waals+potentials+from+force+measurements.">Non-additivity of molecule-surface van der Waals potentials from force measurements.</a> Nat. Commun. 5, 5568 (2014).</li><li>Green, M. F. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterning+a+hydrogen-bonded+molecular+monolayer+with+a+hand-controlled+scanning+probe+microscope.">Patterning a hydrogen-bonded molecular monolayer with a hand-controlled scanning probe microscope.</a> Beilstein Journal of Nanotechnology. 5, 1926-1932 (2014).</li><li>Leinen, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+reality+visual+feedback+for+hand-controlled+scanning+probe+microscopy+manipulation+of+single+molecules.">Virtual reality visual feedback for hand-controlled scanning probe microscopy manipulation of single molecules.</a> Beilstein J. Nanotechnol. 6, 2148-2153 (2015).</li><li>Wagner, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+Quantum+Dot+Microscopy.">Scanning Quantum Dot Microscopy.</a> Phys. Rev. Lett. 115 (2), 026101 (2015).</li><li>Mura, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+theoretical+analysis+of+H-bonded+supramolecular+assemblies+of+PTCDA+molecules.">Experimental and theoretical analysis of H-bonded supramolecular assemblies of PTCDA molecules.</a> Phys. Rev. B. 81 (19), 195412 (2010).</li><li>Besocke, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+easily+operable+scanning+tunneling+microscope.">An easily operable scanning tunneling microscope.</a> Surf. Sci. Lett. (1-2), 145-153 (1987).</li><li>Giessibl, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+atomic+force+microscopy.">Advances in atomic force microscopy.</a> Rev. Mod. Phys. 75 (3), 949-983 (2003).</li><li>Albrecht, T. R., Gru&#776;tter, P., Horne, D., Rugar, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+modulation+detection+using+high-Q+cantilevers+for+enhanced+force+microscope+sensitivity.">Frequency modulation detection using high-Q cantilevers for enhanced force microscope sensitivity.</a> J. Appl. Phys. 69 (2), 668-673 (1991).</li><li>Temirov, R., Lassise, A., Anders, F. B., Tautz, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kondo+effect+by+controlled+cleavage+of+a+single-molecule+contact.">Kondo effect by controlled cleavage of a single-molecule contact.</a> Nanotechnology. 19 (6), 065401 (2008).</li><li>Gl&#246;ckler, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+ordered+structures+and+submolecular+scanning+tunnelling+microscopy+contrast+of+PTCDA+and+DM-PBDCI+monolayers+on+Ag(111)+and+Ag(110).">Highly ordered structures and submolecular scanning tunnelling microscopy contrast of PTCDA and DM-PBDCI monolayers on Ag(111) and Ag(110).</a> Surf. Sci. 405 (1), 1-20 (1998).</li><li>Simon, G. H., Heyde, M., Rust, H. -. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recipes+for+cantilever+parameter+determination+in+dynamic+force+spectroscopy:+spring+constant+and+amplitude.">Recipes for cantilever parameter determination in dynamic force spectroscopy: spring constant and amplitude.</a> Nanotechnology. 18 (25), 255503 (2007).</li><li>Rohlfing, M., Temirov, R., Tautz, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+structure+and+scanning+tunneling+data+of+a+prototype+organic-inorganic+interface+PTCDA+on+Ag+(111).">Adsorption structure and scanning tunneling data of a prototype organic-inorganic interface PTCDA on Ag (111).</a> Phys. Rev. B. 76 (11), 115421 (2007).</li><li>Guthold, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Manipulation+of+Molecular+Samples+with+the+nanoManipulator.">Controlled Manipulation of Molecular Samples with the nanoManipulator.</a> IEEE/ASME Trans. Mechatronics. 5 (2), 189-198 (2000).</li></ol>

The authors have nothing to disclose and no competing financial interests.

다른 SPM 기반의 방법과 마찬가지로,이 문서에 설명 된 분자 조작 실험은 또한 SPM 팁의 특성에 어느 정도 의존한다. (완전히 제어 할 수없는) 팁 선단 구조 팁 분자 결합의 강도를 결정한다. 따라서 팁 분자 접촉의 강도가 상당히 다를 수 있으므로 때때로 너무 낮을 수있다. 따라서 프로토콜 내에서 우리는 팁의 품질과 팁 처리 절차의 몇 가지 기본적인 테스트를 참조하십시오. 그러나,보다 심각한 ?...

3 - (다음 단순히이라고 SPM에 LT NC-AFM / STM) 저온 비접촉 원자 힘 / 주사 터널링 현미경은 개별 원자 또는 분자 하나의 원자 정확한 조작을위한 선택의 도구입니다. SPM 기반의 조작은 일반적으로 두 치수에 한정 급격한 종종 확률 조작 이벤트 (점프)의 연속으로 구성된다. 이것은 본질적으로 프로세스에 대한 제어를 제한합니다. 9 - 잘 정의 된 원자 위치에 하나의 화학 결합에 의해 문제의 분자를 접촉시켜 이러한 한계 (4)를 극복 할 수있는 방법에 연결됩니다. 그 조작을 통하여 접촉 된 분자는 팁의 적절한 변위에 의해 모든 입체적 분자를 이동시키는 것이 가능해진다되도록 SPM 팁에 연결된다. 이 3D 공간에서 수행되는 여러 가지 복잡한 조작 절차에 대한 가능성을 작성합니다. 그러나 접촉 조작 안녕 수있다팁 분자 접촉을 파열 할 정도로 큰 힘을 만들 수 있습니다 주변에서 표면 및 / 또는 다른 분자와 조작 된 분자의 상호 작용에 의해 ndered. 따라서 SPM 팁의 특정 3D 궤도 또는 성공적인 조작 이벤트가 발생하지 않을 수있다. 질문은 이렇게 환경과 조작 분자의 상호 작용이 연역적 잘 특징없는 동안, 팁 분자 결합이 제한된 강도를 가지고있는 상황에서 조작의 성공적인 완료로 이어질 프로토콜을 정의하는 방법을 발생한다. 다음은이 질문은 가장 직관적 인 방식으로 상상할에 접근합니다. 실험자들은 단순히 손으로 칠 이동하여 SPM 팁의 변위를 제어 할 수있다. 이것은 상업적인 모션 캡쳐 시스템에 SPM의 결합에 의해 달성되며, 일부 사양은 아래로 제공된다. &quot;손으로 제어 조작&quot;(HCM)의 장점은 t에그는 신속하게 다른 조작 궤적을 시도하고 자신의 실패 또는 성공에서 배울 수있는 실험의 능력. HCM의 설정은 단어 ( &quot;Jülich의&quot;)는 AG에 대한 페 릴렌 - 3,4,9,10- 테트라 카르 복실 산 이무수 물 (PTCDA) 분자의 폐쇄 층에 스텐실하고있는 원리 증명 실험 (수행하는 데 사용되었습니다 111) HCM 7 48 분자 하나씩 제거. 표면 절단 단층 (10) 내의 분자 결합의 분자간 수소 결합 분자의 리프팅. 일반적으로, 본 분자간 결합의 전체 강도는 팁의 최 원자 및 분자 (도 1 참조)를 접촉하는 PTCDA의 카르 복실 산소 원자 사이에 단일의 화학적 결합의 강도를 초과한다. 즉, 팁 분자 접촉의 파열 및 조작 시도의 다음과 같은 오류가 발생할 수 있습니다. 실험자의 작업은 determi하는 것이있다네브라스카 총 힘이 팁 분자 접촉에 적용되도록 순차적이 아니라 동시에보다 저항 분자 결합을 파괴 팁 궤적은 결코 강도를 초과하지 않습니다. 원하는 궤적 원리 시뮬레이션 할 수 있으나, 시스템의 크기 및 복잡성으로 인해 필요한 시뮬레이션 시간이 엄청나게 많은 양을 포함 할. 그와 대조적으로, HCM을 사용하여 40 분 후의 제 분자를 제거 할 수 있었다. 실험의 끝 무렵 추출 이미 학습 과정의 유효성을 확인하는 것이 시간이 덜했다. 인접 위치에서 추출 된 분자 단일 층에서 다른 분자의 오류를 제거한 후 남은 빈 공간을 닫 사용한 경우 또한, HCM 방법의 정확도 및 범용성 역방향 조작 행위에 입증 하였다. 모션 캡쳐 방법은 빠르고 직관적이면서이며팁 궤적 데이터의 생성에 한정. 새로운 분자 조작 프로토콜 더욱 체계적인 개발 실시간 팁 궤도 데이터를 볼뿐만 아니라, 이전에 생성 된 데이터를 분석 할 수있는 것도 중요하다. 따라서, HCM 설정의 기능은 실험자의 선단 궤도가 전류 (I)에 의해 보강되는 3D 가상 장면 플롯 데이터 및 주파수 변화를 볼 수 있도록 가상 현실 고글 첨가함으로써 실질적으로 개선된다 (Δf에) 값을 측정하여 실시간 8의 SPM에 의해 (아래 참조). 이 외에, 가상 현실 장면 시각적 스케일 기준으로서 기능하는 조작 된 분자의 모델을 도시한다. 따라서 가상 현실 인터페이스에 의해 칭찬 HCM의 설정은 조작 궤도 공간의 체계적인지도 및 유망 조작 프로토콜의 연속적인 정제에 적합하다. 시스템은 또한 D 사이의 지식 전달을 용이하게 게다가ifferent 실험. 다음 단락은 설치의 설명과 조작 실험에 관련된 사양의 일부를 제공합니다. 실험은 제조 챔버로 구성된 상업용 및 SPM 분석 챔버와 1 × 10-10 mbar에서의베이스 압력에서 초고 진공 (UHV)에서 수행된다. 제조 챔버가 구비되어 샘플 스퍼터링에 사용되는 아르곤 + 소스 매니퓰레이터 통한 샘플 전송은, 저에너지 전자 회절 (LEED), PTCDA 분말을 함유 맞춤 크 누센 셀 (K 셀) (가열 및 시료의 냉각을 허용) 승화 정제. 음차 센서 (12) (장착 12 L의 부피 및 46 시간의 유지 시간, LHE 목욕 저온 유지 장치 (5 L, 72 시간) Besocke 11 딱정벌레 형 SPM과 LN이 목욕 저온 유지 장치를 다음 분석 챔버가 구비되고 STM 조작에 (전기적으로 접속 PTIR 팁과 석영 음차 이루어진 TFS))잘라내어 집속 이온빔 (FIB) (도 2)에 의해 선명 화된다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig2.jpg" /> 도 2 음차 센서. PTIR 장착 팁과 상용 음차 센서의 (a) 이미지. (b)는 FIB로 절단 PTIR 팁 정점의 SEM 이미지. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 원자 현미경은 TFS는 디더 압전와 공진 (0 ≈ 31,080 Hz의 F)에서 흥분 주파수 변조 (FM) 모드 (13)에 운영하고 있습니다. 진동 음차 압전 신호는 TFS의 일정한 진동의 진폭을 유지하고 I의 변화를 추적하는 위상 동기 루프 (PLL)에 의해 증폭 사용선단에 작용하는 힘의 기울기에 기인 0 F - TS 공진 주파수, Δf에 F =. 도 3에 나타낸 바와 같이, SPM 팁 위치는 5 K에서 (유, U, Y가 X U z) X- 세트에인가되는 전압에 의해, Y 축, Z-피에조 (압전 상수를 제어한다 : X = 15, Y = 16, Z = 6 / V). 를 U X는 유 Y, U, Z -voltages (20 비트 해상도에서 ± 10 V)는 SPM 전자 출력에서 생성됩니다. 이들은 상기 ± 200 V.의 최대 출력 전압을 가진 고전압 (HV) 증폭기에 의해 증폭된다 <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig3.jpg" /> 그림 HCM 설정 3. 회로도. (추적 개체)의 위치가 TO는 모션 캡쳐 시스템 (MCS)의 두 개의 적외선 카메라로 추적 표면에 설치된 다수의 (적외선) IR 소스가 있습니다. TipControl 그래서ftware 한 세트의 전압 (V의 X, V의 Y를 V z) 전압에 가산되는 (U, X 생성 (RVS)를 MCS에서 좌표 (x, y, z)을 위해 획득하고 원격 전압원에 전달 , U Y, U는 Z)를 SPM 팁 위치 제어를위한 SPM 전자에 의해 생성. 추가 된 전압은 고전압 (HV) 증폭기를 통과하여 상기 SPM 팁 피에조 포지셔닝 시스템에 적용된다. 스핀들 모터 피드백 (FB) 루프가 열려있을 때 설치가 끝 위치를 수동으로 제어 할 수 있습니다. 제 (X, Y, Z) 선단의 위치뿐만 아니라, I (x, y, z) 및 Δf에 (X, Y, Z)는 오퍼레이터에 의해 보여지는 3D 가상 장면을 플롯 VRinterface 소프트웨어로 전달되는 것과 헤드 마운트 디스플레이 (HMD)를 입고. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 스핀들 모터 팁 사이에 흐르는 터널링 전류표면이 1 × 109 V / A 1 × 103의 범위 가변 게인 트랜스 임피던스 증폭기에 의해 측정된다 (이득 1 대역폭 × 109 V / A는 1 kHz에서)입니다. 증폭기의 출력은 정전류 주사 모드의 표면 위의 선단 높이를 조절하는 STM 피드백 (FB) 루프에 공급된다. 합니다 (TFS 진동이 꺼져과) 접합부의 안정성은 1 ~ 3시입니다. 하여 TFS의 압전 발진 신호는 두 단계 증폭 다음 LN이 실드에 고정 (1) 프리 앰프 (게인 1 × 108 V / A, 대역폭 20 kHz로), 및 1 가변 이득 (2) 외부 전압 증폭기 10 X 10 X 4 1 5 1 MHz의 대역폭. 디스플레이 (HMD)를 장착 모션 캡쳐 시스템 (MCS), 원격 제어 채널의 전압 소스 (RVS), 합산 증폭기 및 가상 현실 헤드 : HCM 실험의 경우, SPM 설정이 확장됩니다. summi 제외하고 나열된 모든 장치NG 앰프는 상업적으로 획득 하였다. MSC는 100 Hz의 레이트로 공간적 변위 mm 해상도를 허용하는 적외선 (IR) 마커 추적 시스템이다. 시스템은 두 개의 IR 카메라로 구성 추적 가능한 객체 (TO) 및 제어 소프트웨어. MCS의 소프트웨어는 두 대의 카메라에 의해 얻어진 그 화상을 분석하여 3 차원 공간에서의 TO의 X, Y, Z 좌표를 취득한다. MCS는 별도의 소프트웨어 프로그램 TO의 좌표를 사용할 수 있도록하는 프로그래밍 라이브러리를 제공한다. TO의 좌표 (x와 y로, TO z)는 맞춤 개발 한 소프트웨어 프로그램 &quot;TipControl&quot;에 전달됩니다. 4는 그래픽 사용자 인터페이스의 스크린 샷을 보여줍니다. 이 소프트웨어는 윈도우의 &quot;시작&quot;버튼이 활성화됩니다. 활성화 후 (τ = 0) 소프트웨어가 모든 V의 X를 설정 - V y를 - V z를 전압 범위 ± 10 V (16)에서 (RVS에 -voltages다음 식에 따라 비트 해상도, 승압 당 50 밀리 초 지연) <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/54506/54506eq1.jpg" /> 등의 C, X, C의 y는, C의 Z는 SPM 팁의 1 Å 변위에 TO의 변위의 5cm 변환 요인이있는 곳. 인자 P는 X (t), y를 P (t) 쪽의 Z (t)는 X 방향의 상태에 의해 정의 된 값이, Y- 소프트웨어 윈도우의 Z-체크 박스. 상자가 다음 해당 페이지 (t)를 확인하면 &quot;일시 중지&quot;버튼을 소프트웨어 창을 누를 때 순간 0으로 설정 1. 모든 페이지 (t)를 설정한다. 즉, 일시적으로 선단부의 위치를 ​​&quot;고정&quot;하기 위해 조작 할 수있다. 소프트웨어 창에서 &quot;모두 다시 설정&quot;버튼을 누르면 V의 X를 설정 - V y를 - V의 Z는 SPM 소프트웨어에 의해 정의 된 초기 위치로 팁을 반환 제로로 -voltages. 소프트웨어 윈도우 캘리포니아에있는 텍스트 필드에 &quot;RVS을 수동으로 명령&quot;<html> , v를 y를 - - n은 V X의 어떤을 설정할 수, V y를 - -, V의 z는 ± 10 V는 V x의 허용 범위의 값으로 -voltages, V z를가 추가됩니다 RVS에 의해 생성 -voltages U 자하는 X - Y U - 가산 증폭기를 통한 전자의 SPM U Z - 출력 전압 신호들 (1, 50 kHz의 대역폭, 출력 범위 ± 10 V 이득). <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig4.jpg" /> 도 인터페이스 윈도우의 4 샷. 두 지표 MCS와 RVS 시스템과의 연결 상태를 나타낸다. 체크 박스가 선택된 공간 축을 따라 손으로 제어를 활성화하는 데 사용됩니다. 버튼 &quot;시작&quot;그림에 표시된 방식에 따라 MCS, TipControl와 RVS 사이의 데이터 흐름을 시작합니다 3. 버튼 &quot;일시 중지&quot;데이터 흐름을 정지합니다. 버튼 &quot;모든 재설정&quot;는 영 (0)에 전압 모든 RVS을 설정합니다.= &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig4large.jpg&quot;대상 = &quot;_ 빈&quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 실험 데이터의 시각화 (팁 궤도, I, Δf에) 헤드 마운트 디스플레이 (HMD)가 사용된다. HMD는 입체 뷰 (- 각각의 눈에 대한 절반, 75 Hz에서 1,920 X 1,080 픽셀 분할 HD 디스플레이)를 제공합니다. 전용 IR 카메라 HMD의 표면에 고정 IR-LED를 이용하여 3 차원 공간에서 HMD의 위치 및 방향을 추적한다. HMD 추적 시스템은 운전자가 자신의 머리를 켜거나 단순히 본체를 이동하여 3 차원 가상 현실 장면 내부 뷰를 변경할 수있다. 맞춤 작성된 소프트웨어 &quot;VRinterface&quot;는 SPM과 MCS에서 모두 데이터를 수집의 OpenGL을 사용하여 3D 장면을 렌더링하고 HMDS 소프트웨어 개발 키트 (SDK)의 도움 HMD에 표시. VRinterface는 문의 선단의 실제 X, Y, Z 좌표를 검색I와 Δf에 신호가 SPM 전자 (대기 시간 ≈ 250 밀리 초)의 출력에서 직접 읽을 동안 팁 소프트웨어 (몇 밀리 초 지연). 그림 5는 HCM시 HMD 입고 운영자가 볼 때 3D 가상 장면의 스크린 샷을 보여줍니다. 3 차원 가상 장면 내부 팁 정점 흰색 영역으로 렌더링됩니다. 기록 된 팁 궤적의 착색하거나 로그 (I (X, Y, z)) 또는 Δf와 (x, y, z)의 값을 반영한다. 로그 사이 (I (X, Y, z)) 또는 Δf와 (x, y, z)의 색상 모드를 전환하는 버튼을 누르면 의해 수행된다. 또 다른 버튼을 눌러 기록 (및 표시) 실험 팁 궤적 데이터의 시작합니다. 다시 누를 때 버튼을 누르면 녹음을 중지합니다. 가상 장면은 조작하는 동안 시각 보조로 사용되는 정적 PTCDA 분자를 나타낸다. 운영자는 키보드의 버튼을 사용하여 표면에 실제 분자의 배향에 맞게 수동으로 방향을 정렬. 주의 : 때문에 헤드 tHMD의 랙은 또한 다음의 위치를 ​​추적하는 IR 광을 사용하기 때문에 그것이 MCS 방해 할 수 있고, IR-LED가에 의존한다. 따라서 TO는 MCS에서 인식 할 수있는 독특한 모양을 가지고있다. 이 MCS는 TO과 HMD의 IR-LED가에서 오는 사람들로부터 오는 신호를 구별하는 데 도움이됩니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig5.jpg" /> 3 차원 가상 장면의 그림 5. S의 creenshot는 HCM시 HMD의 운영자에게 표시됩니다. 흰색 분야의 세트는 모델의 Ag (111) 표면을 형성한다. 모델 표면의 방향이 반드시 샘플의 방향과 일치하지 않을 수 있습니다. PTCDA 분자의 모델은 모델 표면 위에 배치됩니다. C는 O, PTCDA의 H 원자는 각각 검은 색, 빨간색과 흰색으로 표시됩니다. 모델 분자의 편의와 방위각 방향의 목적을 위해 선택된 실제 분자의 배향에 맞게 조정될 수있다조작. 끝 위치는 최 팁 선단 원자를 나타내는 단일 흰색 영역으로 표시된다. 실시간 I (x, y, z) 및 Δf에은 (X, Y, Z)의 데이터는 선단 옆에 배치 막대 표시로 표시된다. 현재 실행 조작이 그 색 나타내는 3 차원 궤적으로서 표시되는 바와 아니라 기록하거나 로그 (I (X, Y, z)) 또는 궤적의 대응하는 위치에서 측정 Δf에 (X, Y, Z) 값. 그림은 로그 (I (X, Y, Z)) 신호로 착색되는 궤적을 보여줍니다. 색상 대비가 로그 (I (X, Y, Z))와 Δf에 (X, Y, Z) 버튼을 눌러로 모드를 전환 할 수 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table><tbody><tr><td>LN&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td></td><td></td><td>caution: cryogenic liquid</td></tr><tr><td>LHe</td><td></td><td></td><td>caution: cryogenic liquid</td></tr><tr><td>PTCDA</td><td></td><td></td><td>caution: irritating substance</td></tr><tr><td>Knudsen cell (K-cell)</td><td></td><td></td><td>custom</td></tr><tr><td>ErLEED</td><td>Specs</td><td></td><td>used with power supply ErLEED 1,000 A</td></tr><tr><td>combient LT NC-AFM/STM</td><td>Createc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>qPlus sensor</td><td>Createc</td><td></td><td>TFS</td></tr><tr><td>preamplifier</td><td>Createc</td><td></td><td>amplifier for tuning fork signal fixed to LN&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; shield (stage 1)</td></tr><tr><td>Low-Noise Voltage Preamplifier</td><td>Standford Research System</td><td>SR560</td><td>external amplifier for tuning fork signal (stage 2)</td></tr><tr><td>Variable Gain Low Noise Current Amplifier</td><td>Femto</td><td>DLPCA-200</td><td>amplifier for tunneling current</td></tr><tr><td>Bonita</td><td>Vicon</td><td>B10, SN: MXBN-0B10-3658</td><td>MCS IR camera</td></tr><tr><td>Apex Interaction Device</td><td>Vicon</td><td>SN: AP0062</td><td>MCS trackable object (TO)</td></tr><tr><td>MX Calibration Wand</td><td>Vicon</td><td></td><td>MCS calibration object</td></tr><tr><td>Tracker</td><td>Vicon</td><td></td><td>MCS software</td></tr><tr><td>BS series voltage supply</td><td>stahl-electronics</td><td>BS 1-4</td><td>RVS</td></tr><tr><td>summing amplifier&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>custom, gain 1, based on operational amplifier TL072</td></tr><tr><td>Oculus Rrift Development Kit 2</td><td>Oculus VR</td><td></td><td>HMD</td></tr><tr><td>TipControl</td><td></td><td></td><td>custom-written software</td></tr><tr><td>VRinterface</td><td></td><td></td><td>custom-written software</td></tr></tbody></table>

hand controlled manipulation of single molecules via a scanning probe microscope with a 3d virtual reality interface

미래의 나노 기술의 기능적 빌딩 블록의 유기 분자를 고려하면, 배치 및 상향식 접근법 그러한 빌딩 블록을 조립하는 방법에 대한 의문이 여전히 열려있다. 주사 탐침 현미경 (SPM)은 선택의 수단이 될 수있다; 그러나, SPM 기반의 조작은 최근까지 두 가지 차원 (2D)로 제한되었다. 잘 정의 된 위치에서 분자의 SPM 팁을 결합하여 3D 공간에서 제어 조작의 기회를 엽니 다. 불행하게도, 3D 조작하는 컴퓨터에서보기 및 생성 SPM 데이터의 전형적인 2D 패러다임과 크게 호환되지 않습니다. 직관적이고 효율적 조작에 따라서 우리 커플 모션 캡쳐 시스템 및 완전 몰입 가상 현실 고글 저온 비접촉 원자력 / 주사 터널링 현미경 (LT NC-AFM / STM). 이 설정은 SPM 팁은 실험자의 손의 움직임에 따라 이동되는 &quot;손 제어 조작&quot;(HCM), w 허용팁 궤적뿐만 아니라 3 차원으로 시각화하는 SPM 접합 반응을 하일. HCM 잠재적 표면에 분자 사이에 작용하는 나노 스케일 상호 작용의 더 근본적인 이해 선도 복잡한 조작 프로토콜의 발전 방식을 열었다. 여기에서 우리는 설정과 가상 현실 환경에서 성공적 손으로 제어 분자 조작을 달성하는 데 필요한 단계를 설명합니다.

참고 :이 부분은 7,8 년에 출판 작업을 보여줍니다. 층에서 PTCDA / AG (111)를 해제하는 문제에 HCM을 적용, 우리는 순차적으로 개별 분자를 (그림 9)를 제거하여 패턴을 쓸 수 있었다. 총 48 개의 분자의 분자 (40)가 조작 과정을 그대로 유지하는 것이 도시 클린 AG (111)에 재 증착 될 수있는, 제거 하였...

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Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

We demonstrate the precise manipulation of individual organic molecules on a metal surface with the tip of a scanning probe microscope driven in 3D by the experimenter's hand using a motion capture system and fully immersive virtual reality goggles.

손 3D 가상 현실 인터페이스와 스캐닝 프로브 현미경을 통해 단일 분자의 조작을 제어

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

8.9K 조회수.  Forschungszentrum Jülich. We demonstrate the precise manipulation of individual organic molecules on a metal surface with the tip of a scanning probe microscope driven in 3D by the experimenter's hand using a motion capture system and fully immersive virtual reality goggles.

비디오: Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

Quantitative and Qualitative Examination of Particle-particle Interactions Using Colloidal Probe Nanoscopy

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate using the Atomic Force Microscope (AFM), can provide key insights into physical interactions present within colloidal systems. Colloidal systems are widely existent in several applications including, pharmaceuticals, foods, paints, paper, soil and minerals, detergents, printing and much more.1-3 Furthermore, colloids can exist in many states such as emulsions, foams and suspensions. Using colloidal probe nanoscopy one can obtain key information on the adhesive properties, binding energies and even gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of the colloids present within. Additionally, colloidal probe nanoscopy can be used with biological cells to aid in drug discovery and formulation development. In this paper we describe a method for conducting colloidal probe nanoscopy, discuss key factors that are important to consider during the measurement, and show that both quantitative and qualitative data that can be obtained from such measurements.

Colloidal probe nanoscopy can be used within a variety of fields to gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of colloidal systems and aid in drug discovery and formulation sciences using biological systems. The method described within provides a quantitative and qualitative means to study such systems.

콜로이드 프로브 Nanoscopy을 사용하여 입자 간 상호 작용의 양적 및 질적 시험

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate ...

연구

화학

Novel 3D/VR Interactive Environment for MD Simulations, Visualization and Analysis

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials science, biology, chemistry and physics among many others. A new computational system for the accurate and fast simulation and 3D/VR visualization of nanostructures is presented here, using the open-source molecular dynamics (MD) computer program LAMMPS. This alternative computational method uses modern graphics processors, NVIDIA CUDA technology and specialized scientific codes to overcome processing speed barriers common to traditional computing methods. In conjunction with a virtual reality system used to model materials, this enhancement allows the addition of accelerated MD simulation capability. The motivation is to provide a novel research environment which simultaneously allows visualization, simulation, modeling and analysis. The research goal is to investigate the structure and properties of inorganic nanostructures (e.g., silica glass nanosprings) under different conditions using this innovative computational system. The work presented outlines a description of the 3D/VR Visualization System and basic components, an overview of important considerations such as the physical environment, details on the setup and use of the novel system, a general procedure for the accelerated MD enhancement, technical information, and relevant remarks. The impact of this work is the creation of a unique computational system combining nanoscale materials simulation, visualization and interactivity in a virtual environment, which is both a research and teaching instrument at UC Merced.

A new computational system featuring GPU-accelerated molecular dynamics simulation and 3D/VR visualization, analysis and manipulation of nanostructures has been implemented, representing a novel approach to advance materials research and promote innovative investigation and alternative methods to learn about material structures with dimensions invisible to the human eye.

소설 3D / MD 시뮬레이션, 시각화 및 분석을위한 VR 대화 형 환경

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials ...

공학

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be measured to ~10 pN by a laser and sectored detector, which can be converted to image topography. Amplitude modulation or &#8220;tapping mode&#8221; AFM involves the probe making intermittent contact with the surface while oscillating at its resonant frequency to produce an image. Used in conjunction with a fluid cell, tapping-mode AFM enables the imaging of biological macromolecules such as proteins in physiologically relevant conditions. Tapping-mode AFM requires manual tuning of the probe and frequent adjustments of a multitude of scanning parameters which can be challenging for inexperienced users. To obtain high-quality images, these adjustments are the most time consuming.
PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) produces an image by measuring a force response curve for every point of contact with the sample. With ScanAsyst software, PF-QNM can be automated. This software adjusts the set-point, drive frequency, scan rate, gains, and other important scanning parameters automatically for a given sample. Not only does this process protect both fragile probes and samples, it significantly reduces the time required to obtain high resolution images. PF-QNM is compatible for AFM imaging in fluid; therefore, it has extensive application for imaging biologically relevant materials.
The method presented in this paper describes the application of PF-QNM to obtain images of a bacterial red-light photoreceptor, RpBphP3 (P3), from photosynthetic R. palustris in its light-adapted state. Using this method, individual protein dimers of P3 and aggregates of dimers have been observed on a mica surface in the presence of an imaging buffer. With appropriate adjustments to surface and/or solution concentration, this method may be generally applied to other biologically relevant macromolecules and soft materials.

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

PeakForce 양적 나노 기계 대지 매핑을 사용하여 붉은 빛이 광수의 원자 힘 현미경

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

Bacterial adhesion and growth on interfaces lead to the formation of three-dimensional heterogeneous structures so-called biofilms. The cells dwelling in these structures are held together by physical interactions mediated by a network of extracellular polymeric substances. Bacterial biofilms impact many human activities and the understanding of their properties is crucial for a better control of their development &#8212; maintenance or eradication &#8212; depending on their adverse or beneficial outcome. This paper describes a novel methodology aiming to measure in situ the local physical properties of the biofilm that had been, until now, examined only from a macroscopic and homogeneous material perspective. The experiment described here&#160;involves introducing magnetic particles into a growing biofilm to seed local probes that can be remotely actuated without disturbing the structural properties of the biofilm. Dedicated magnetic tweezers were developed to exert a defined force on each particle embedded in the biofilm. The setup is mounted on the stage of a microscope to enable the&#160;recording of time-lapse images of the particle-pulling period. The particle trajectories are then extracted from the pulling sequence and the local viscoelastic parameters are derived from each particle displacement curve, thereby providing the 3D-spatial distribution of the parameters. Gaining insights into the biofilm mechanical profile is essential from an engineer&#39;s point of view for biofilm control purposes but also from a fundamental perspective to clarify the relationship between the architectural properties and the specific biology of these structures.

Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

This paper shows an original methodology based on the remote actuation of magnetic particles seeded in a bacterial biofilm and the development of dedicated magnetic tweezers to measure in situ the local mechanical properties of the complex living material built by micro-organisms at interfaces.

에 대한 마이크로 미터 프로브의 원격 자기 발동<em&gt; 현장에서</em세균 바이오 필름 물성&gt; 3D 매핑

Bacterial adhesion and growth on interfaces lead to the formation of three-dimensional heterogeneous structures so-called biofilms. The cells dwelling in ...

생체공학

Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual vortices is necessary in order to study how vortices interact with each other, with the lattice, and with other magnetic objects. Here, we present a protocol for vortex manipulation in thin superconducting films by local contact, without applying current or magnetic field. Vortices are imaged using a scanning superconducting quantum interference device (SQUID), and vertical stress is applied to the sample by pushing the tip of a silicon chip into the sample, using a piezoelectric element. Vortices are moved by tapping the sample or sweeping it with the silicon tip. Our method allows for effective manipulation of individual vortices, without damaging the film or affecting its topography. We demonstrate how vortices were relocated to distances of up to 0.8 mm. The vortices remained stable at their new location up to five days. With this method, we can control vortices and move them to form complex configurations. This technique for vortex manipulation could also be implemented in applications such as vortex based logic devices.

We present a protocol for manipulation of individual vortices in thin superconducting films, using local mechanical contact. The method does not include applying current, magnetic field or additional fabrication steps.

현지 연락처로 소용돌이 조작의 SQUID 연구를 스캔

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual ...

Visualizing Solution Structure at Solid-Liquid Interfaces using Three-Dimensional Fast Force Mapping

Amongst the challenges for a variety of research fields are the visualization of solid-liquid interfaces and understanding how they are affected by the solution conditions such as ion concentrations, pH, ligands, and trace additives, as well as the underlying crystallography and chemistry. In this context, three-dimensional fast force mapping (3D FFM) has emerged as a promising tool for investigating solution structure at interfaces. This capability is based on atomic force microscopy (AFM) and allows the direct visualization of interfacial regions in three spatial dimensions with sub-nanometer resolution. Here we provide a detailed description of the experimental protocol for acquiring 3D FFM data. The main considerations for optimizing the operating parameters depending on the sample and application are discussed. Moreover, the basic methods for data processing and analysis are discussed, including the transformation of the measured instrument observables into tip-sample force maps that can be linked to the local solution structure. Finally, we shed light on some of the outstanding questions related to 3D FFM data interpretation and how this technique can become a central tool in the repertoire of surface science.

Here, we present a protocol for using three-dimensional fast force mapping - an atomic force microscopy technique - for visualizing solution structure at solid-liquid interfaces with the subnanometer resolution by mapping the tip-sample interactions within the interfacial region.

Amongst the challenges for a variety of research fields are the visualization of solid-liquid interfaces and understanding how they are affected by the ...

AFMS의 병렬 활성 캔틸레버 어레이를 통해 고처리량 검사 가능

Active Probe Atomic Force Microscopy with Quattro-Parallel Cantilever Arrays for High-Throughput Large-Scale Sample Inspection

An Atomic Force Microscope&#160;(AFM) is&#160;a powerful and versatile tool for nanoscale surface studies to capture 3D topography images of samples. However, due to their limited imaging throughput, AFMs have not been widely adopted for large-scale inspection purposes. Researchers have developed high-speed AFM systems to record dynamic process videos in chemical and biological reactions at tens of frames per second, at the cost of a small imaging area of up to several square micrometers. In contrast, inspecting large-scale nanofabricated structures, such as semiconductor wafers, requires nanoscale spatial resolution imaging of a static sample over hundreds of square centimeters with high productivity. Conventional AFMs use a single passive cantilever probe with an optical beam deflection system, which can only collect one pixel at a time during AFM imaging, resulting in low imaging throughput. This work utilizes an array of active cantilevers with embedded piezoresistive sensors and thermomechanical actuators, which allows simultaneous multi-cantilever operation in parallel operation for increased imaging throughput. When combined with large-range nano-positioners and proper control algorithms, each cantilever can be individually controlled to capture multiple AFM images. With data-driven post-processing algorithms, the images can be stitched together, and defect detection can be performed by comparing them to the desired geometry. This paper introduces principles of the custom AFM using the active cantilever arrays, followed by a discussion on practical experiment considerations for inspection applications. Selected example images of silicon calibration grating, highly-oriented pyrolytic graphite, and extreme ultraviolet lithography masks are captured using an array of four active cantilevers (&#34;Quattro&#34;) with a 125 &#181;m tip separation distance. With more engineering integration, this high-throughput, large-scale imaging tool can provide 3D metrological data for extreme ultraviolet (EUV) masks, chemical mechanical planarization (CMP) inspection, failure analysis, displays, thin-film step measurements, roughness measurement dies, and laser-engraved dry gas seal grooves.

저자 스포트라이트: Quattro-Parallel Cantilever Arrays를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy 소개

Large-scale sample inspection with nanoscale resolution has a wide range of applications, especially for nanofabricated semiconductor wafers. Atomic force microscopes can be a great tool for this purpose, but are limited by their imaging speed. This work utilizes parallel active cantilever arrays in AFMs to enable high-throughput and large-scale inspections.

고처리량 대규모 시료 검사를 위한 Quattro-Parallel Cantilever 어레이를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy

An Atomic Force Microscope&#160;(AFM) is&#160;a powerful and versatile tool for nanoscale surface studies to capture 3D topography images of samples. ...

Live Cell Response to Mechanical Stimulation Studied by Integrated Optical and Atomic Force Microscopy

To understand the mechanism by which living cells sense mechanical forces, and how they respond and adapt to their environment, a new technology able to investigate cells behavior at sub-cellular level with high spatial and temporal resolution was developed. Thus, an atomic force microscope (AFM) was integrated with total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy and fast-spinning disk (FSD) confocal microscopy. The integrated system is broadly applicable across a wide range of molecular dynamic studies in any adherent live cells, allowing direct optical imaging of cell responses to mechanical stimulation in real-time. Significant rearrangement of the actin filaments and focal adhesions was shown due to local mechanical stimulation at the apical cell surface that induced changes into the cellular structure throughout the cell body. These innovative techniques will provide new information for understanding live cell restructuring and dynamics in response to mechanical force. A detailed protocol and a representative data set that show live cell response to mechanical stimulation are presented.

This paper aims to instruct the reader in the operation of an integrated atomic force-optical imaging microscope for mechanical stimulation of live cells in culture. A step-by-step protocol is presented. A representative data set that shows live cell response to mechanical stimulation is presented.

기계 자극에 라이브 세포 응답 통합 광학과 원자 힘 현미경에 의해 연구

To understand the mechanism by which living cells sense mechanical forces, and how they respond and adapt to their environment, a new technology able to ...

손 3D 가상 현실 인터페이스와 스캐닝 프로브 현미경을 통해 단일 분자의 조작을 제어

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콜로이드 프로브 Nanoscopy을 사용하여 입자 간 상호 작용의 양적 및 질적 시험

소설 3D / MD 시뮬레이션, 시각화 및 분석을위한 VR 대화 형 환경

PeakForce 양적 나노 기계 대지 매핑을 사용하여 붉은 빛이 광수의 원자 힘 현미경

에 대한 마이크로 미터 프로브의 원격 자기 발동

현지 연락처로 소용돌이 조작의 SQUID 연구를 스캔

Visualizing Solution Structure at Solid-Liquid Interfaces using Three-Dimensional Fast Force Mapping

고처리량 대규모 시료 검사를 위한 Quattro-Parallel Cantilever 어레이를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy

고처리량 대규모 시료 검사를 위한 Quattro-Parallel Cantilever 어레이를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy

고처리량 대규모 시료 검사를 위한 Quattro-Parallel Cantilever 어레이를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy

기계 자극에 라이브 세포 응답 통합 광학과 원자 힘 현미경에 의해 연구