Agradecemos a ajuda de Rolf Follath, Hübel Roland, Möhler K., Inosov Dmytro, Fink Jörg, Koitzsch Andreas, Büchner Bernd, Varykhalov Andrei, Rienks Emile, Rader Oliver, Thirupathaiah Setti, Vyalikh Denis, Molodtsov Sergey, Laubschat Clemens, Ramona Weber, Hermann Dürr, Wolfgang Eberhardt, Christian Jung, Thomas Blume, Gerd Reichardt, David Batchelor, Kai Godehusen, Martin Knupfer, Stefan Leßny, Dirk Lindackers, Stefan Leger, Ralf Voigtländer, Ronny Schönfelder, que concebeu a &quot;1-cubo&quot; projeto concebidos, construídos e encomendado a linha de luz e de fim de estação, bem como um apoio organizacional e do usuário. O projeto &quot;1-cubos ARPES&quot; ​​foi financiado pelo BMBF concessão &quot;maior resolução ARPES&quot;, bem como diretamente pelo BESSYII e IFW-Dresden. Este trabalho em particular foi apoiado pelo programa prioritário DFG SPP1458, concede ZA 654/1-1, BO1912/3-1 e BO1912/2-2. CE e BPD ªANK da Faculdade de Ciências da Universidade de Joanesburgo para financiamento de viagens. AV, RF e MC reconhecer o apoio da UE ao abrigo -FP7/2007-2013 subvenção N. 264098 - MAMA.

1. Montagem da Amostra <ol><li> Este experimento utiliza radiação síncrotron produzida pelo anel de armazenamento BESSY de Helmholtz-Zentrum Berlim. Os fótons viajam uma linha de luz para a nossa estação final, onde uma amostra é montada. </li><li> Comece com um único cristal do material a ser investigado, aqui ruthenate estrôncio. Use à base de prata epóxi para colar a amostra para o suporte de amostras. O epóxi à base de prata garante o contato térmico e elétrico bom. </li><li> Cola de alumínio no topo do poste para a superfície do cristal único. O poste superior será utilizada para clivar a amostra em vácuo ultra-alto para expor uma superfície atomicamente limpo. </li><li> Montar o suporte da amostra no bloqueio de carga. </li></ol> 2. Alcançar ultra-vácuo e Isolamento Térmico <ol><li> Começam a evacuar o bloqueio de carga para minimizar a contaminação da câmara de vácuo ultra-elevado. </li><li> Controlar a pressão. Uma vez que uma pressão de cerca de 10 -8 mbar foialcançado, transferir o conjunto para a câmara de preparação e, posteriormente, para o dedo chamber.The principal frio e suporte de amostra foram especialmente projetados para garantir o melhor contato possível térmico com o pote de hélio. </li><li> Estas versões de demonstração mostra como isto é conseguido através de superfícies cónicas para aumentar a área de contacto. As superfícies cónicas são pressionadas uma contra a outra e o suporte da amostra e o dedo frio estão firmemente fixos no lugar utilizando uma porca e parafuso de titânio. </li></ol> 3. Posicionamento e Arrefecimento da Amostra <ol><li> O próximo passo é para orientar a amostra no interior do dedo frio ao longo do azimute usando o braço de transferência. Fixar a posição da amostra, o aperto da porca durante a aplicação de uma força contrária, com o braço de suporte ligado ao outro lado da câmara. </li><li> Cleave da amostra, movendo o manipulador para cima de modo que a parte superior é removida pós-por interacção com o braço de suporte. </li><li> Com o obturador fechado feixe, mover a amostra em posição na linha de luz utilizando o manipulador. Uma vez que a amostra está no lugar, certifique-se os cryoshields estão fechados adequadamente. </li><li> Começar a bombear a panela 1-K e circular o gás de hélio-3, a fim de arrefecer a amostra até à temperatura de base. A temperatura é medida próximo da amostra e não muda durante a experiência. </li><li> Abra o obturador de feixe da linha de luz. Use os parafusos micrométricos sobre o aparelho para ajustar a posição da amostra de modo a que ele está no foco da lente analisador. Este ajuste é crucial. </li></ol> 4. A coleta de dados <ol><li> Quando a instalação estiver pronta, mudar para o modo de ângulo resolvido do analisador de espectro e gravar no modo de varredura. Isto irá gerar dados para bidimensionais energia do ângulo de parcelas. </li><li> Construir um mapa da superfície de Fermi usando os dados. Seleccione ângulos polares que correspondem às passagens de nível de Fermi para estudo da superconducting lacuna de ruthenate estrôncio. </li><li> Os espectros de registo de alta resolução para os ângulos escolhidos polares acima e abaixo da temperatura de transição supercondutora de estrôncio ruthenate para investigar o comportamento do gap supercondutor. </li></ol>

<ol>
	<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>

Não há conflitos de interesse declarados.

Como é mostrado acima, o método de aplicação é muito eficiente para estudar a estrutura de baixa energia electrónica de monocristais. Recentes melhorias instrumentais viraram ARPES de uma caracterização simples e banda mapeamento de ferramenta em espectroscopia de muitos-corpo sofisticado. Uma experiência moderna oferece informações sobre a estrutura eletrônica de um sólido ou um nano-objeto com um novo nível de precisão. O acesso à superfície de Fermi, no caso de um metal, as lacunas de energia de semi...

Hoje em dia ARPES é amplamente utilizada para determinar a estrutura electrónica de sólidos. Normalmente, diversas variações deste método são definidas pela fonte de radiação necessária para excitar os electrões. Usamos radiação síncrotron uma vez que oferece uma oportunidade única para ajustar a polarização e a energia dos fotões de excitação de uma vasta gama de energias, e é caracterizada pela alta intensidade, largura de banda reduzida (incerteza na energia hn) e pode ser focalizada para um feixe estreito de recolher fotoelectrões provenientes de um local de algumas dezenas de microns. Radiação síncrotron é gerada em anéis de armazenamento de electrões forçando electrões que circulam no anel com uma energia da ordem de 2 GeV ** para passar através de arranjos periódicas dos ímans fortes (undulators). O campo magnético desvia os elétrons e quando esses elétrons rápidos mudar sua direção eles emitem radiação. Exactamente esta radiação é então dirigido para a linha de luz assim chamada, onde é mais monocromáticapor uma rede de difracção e centrou-se na superfície da amostra por vários espelhos. Existem muitas dessas instalações em todo o mundo. Nossa estação final está localizado em uma das linhas de luz do anel de armazenamento BESSY que pertence à Helmholtz-Zentrum Berlin. O coração desta facilidade ARPES é o analisador de energia de electrões (Figura 1). Como estamos interessados ​​tanto em energia cinética e do ângulo em que os elétrons deixam a superfície, é muito conveniente para detectá-los em uma única medição. Um princípio muito simples torna essa abordagem uma realidade. Como numa experiência básica com uma lente óptica, que se concentra uma onda plana no ponto no plano focal posterior, assim, realizar a transformação de Fourier espacial, os projectos de lente óptica de electrões electrões que deixaram a superfície em ângulo particular, a um ponto no plano focal ( Figura 1). De tal forma que o acesso ao impulso, isto é recíproco, o espaço. O distance a partir da direcção para a frente, no plano focal corresponde ao ângulo e, portanto, para o impulso do fotoelectrão. Agora, os elétrons têm que ser analisados ​​em termos de energia. Para este efeito, a fenda de entrada do analisador hemisférico é colocada exactamente no plano focal da lente óptica de electrões. Voltagens nos dois hemisférios são escolhidos de tal modo que apenas electrões com energia cinética particular (passar energia) será guiada exactamente no meio dos dois hemisférios e terra sobre a linha central do detector bidimensional. Aqueles que são mais rápidos atingirá o detector mais próximo do hemisfério exterior, aqueles que são mais lento será desviado para o interior do hemisfério. De tal modo que pode obter a distribuição de intensidade de fotoemissão como uma função da energia cinética do ângulo e simultaneamente. A principal vantagem da nossa abordagem em relação aos métodos existentes é a utilização do He 3 cryomanipulator. Há pelo menos duas razões para levar a UOt as medições a temperaturas baixas. Quanto maior a temperatura do material, o mais esbatida os estados electrónicos tornaram em energia e quantidade de movimento. Para determinar a estrutura electrónica com elevada precisão esta temperatura alargamento tem de ser evitada. Além disso, muitas propriedades físicas dependem da temperatura, alguns fenômenos de ordenação estabelecidos em baixas temperaturas e do conhecimento da estrutura eletrônica no estado fundamental do sistema, ou seja, T = 0, é de fundamental importância. Uma das maneiras mais eficazes para resfriar a amostra até décimos de Kelvin é para liquefazer Ele 3 gás. Em muitas experiências que atingem temperaturas de sub-Kelvin não é um problema, uma vez que a radiação térmica, a principal inimigo do ultra-baixas temperaturas, pode ser protegido de modo eficaz. Infelizmente, isto não é o caso em experiências de fotoemissão. Precisamos oferecer acesso gratuito para a luz de entrada e saída de elétrons. Isto realiza-se por fendas especialmente concebidos em três raescudos mediação, com diferentes temperaturas. A fim de compensar a carga de calor provocada pelo feixe de fotões e de temperatura ambiente de radiação, o poder de refrigeração do criostato deve ser muito alta. Isto é conseguido pela velocidade muito grande de bombeamento das duas bombas, que reduzem a pressão de vapor acima do líquido Ele 3, arrefecendo o dedo frio e amostra. As especificações do projeto do nosso Ele 3 sistema torná-lo o mais poderoso no mundo. É talvez o único lugar do planeta onde se pode ver uma superfície fria 1 K através de uma janela temperatura ambiente, o &quot;mais frio visível&quot;. O esboço do experimento fotoemissão moderna é mostrado na Figura 1. O feixe de luz síncrotron (tracejada linha verde) ilumina a superfície fria 1 K da amostra e fotoelétrons excita. Os electrões são projectados para a fenda de entrada do analisador hemisférico, ordenadas em termos do ângulo (traços magenta, amarelo e ciano correspondem difereângulos de inclinação nt) e, em seguida, são analisados ​​em termos de energia cinética. Figura 2 mostra a distribuição de intensidade normal como uma função do ângulo de inclinação e a energia cinética. Tal distribuição de intensidade é de facto o esperado como a comparação com os cálculos de estrutura de banda deste material mostra (painel da direita). Esta é nossa janela para o espaço recíproco. Digitalizando tensões sobre a lente e os hemisférios e rodando a amostra em torno do eixo vertical (ângulo polar) pode-se explorar a gama ampla de ligação de energia, bem como as regiões de largura do espaço recíproco com detalhes sem precedentes. Em particular, traçando intensidade ao nível de Fermi em função de ambos os componentes da quantidade de movimento no plano, calculado a partir dos ângulos de inclinação e polar, temos acesso directo à superfície de Fermi (FS). * Em &quot;incerteza&quot; entendemos melhor estimativa do experimentador de quão longe uma quantidade experimental poderia ser a verdade &quot;valor. &quot; ** O anel de baixa energia, pode ter uma energia de ~ 0,8 GeV, a uma alta energia - até 8 GeV.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do reagente / Material </td><td> Companhia </td><td> Número de Catálogo </td><td> Comentários </td></tr><tr><td> Monocristais de ZrTe 3 e 2 Tise </td><td></td><td></td><td> cresceu pelo Dr. Helmut Berger, EPFL, de Lausanne </td></tr><tr><td> Monocristais de Sr 2 RuO 4 </td><td></td><td></td><td> cultivada pelo grupo do Dr. Antonio Vecchione </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> AMOSTRAS ZrTe 3, Tise 2, Sr 2 RuO 4 </td></tr></tbody></table>

angle-resolved photoemission spectroscopy at ultra-low temperatures

As propriedades físicas de um material são definidos pela sua estrutura electrónica. Electrões em sólidos são caracterizados por energia (ω) e momento (k) e a probabilidade de encontrar em um estado particular com ω dado e k é descrito pela função espectral A. (K, ω) Esta função pode ser medido diretamente em uma experiência baseada no efeito fotoelétrico bem conhecida, para a explicação de que Albert Einstein recebeu o Prêmio Nobel em 1921. No efeito fotoeléctrico a luz brilhou sobre uma superfície ejecta electrões do material. De acordo com Einstein, a conservação da energia permite determinar a energia de um electrão no interior da amostra, na condição de a energia do fotão de luz e energia cinética do fotoelectrão de saída são conhecidos. Conservação do momento torna também possível estimar k relacionando-a com o momentum do fotoelectrão por medição do ângulo em que o fotoelectrão deixaram a superfície. A versão moderna da técnica é chamada de espectroscopia de fotoelétrons ângulo resolvido (ARPES) e explora tanto as leis de conservação, a fim de determinar a estrutura eletrônica, ou seja, energia e momento dos elétrons dentro do sólido. A fim de resolver os detalhes cruciais para a compreensão dos problemas específicos da física da matéria condensada, três quantidades precisam ser minimizados: * incerteza na energia do fóton, a incerteza em energia cinética de fotoelétrons e temperatura da amostra. Em nossa abordagem, combinar três conquistas recentes no campo da radiação síncrotron superfície ciência e criogenia. Usamos radiação síncrotron com energia de fotões sintonizável contribuindo com uma incerteza da ordem de 1 MeV, um analisador de energia de electrões, que detecta as energias cinéticas com uma precisão da ordem de 1 MeV e um criostato Ele 3 which permite-nos manter a temperatura da amostra de menos de 1 K. Discutem-se os resultados obtidos em exemplares únicos cristais de Sr 2 RuO 4, e alguns outros materiais. A estrutura eletrônica deste material pode ser determinada com uma clareza sem precedentes.

As temperaturas ultra-baixas de nossa configuração, juntamente com a alta resolução da linha de luz e analisador permitem gravar espectros com muito alta resolução em geral. Isto é ilustrado na Figura 3. O teste usual da resolução de energia é a de medir a largura do bordo de Fermi de um metal. Neste caso, é uma película de fresco evaporado índio. A largura total a meia máxima (FWHM) do Gauss, que, quando enroladas, com o passo de função precisamente descreve a borda, é da ordem de 2 Me...

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Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

O objetivo geral deste método é determinar a estrutura de baixo de energia eletrônica de sólidos em ultra-baixas temperaturas usando ângulo resolvido espectroscopia de fotoelétrons com radiação síncrotron.

Ângulo resolvido espectroscopia de fotoelétrons em ultra-baixas temperaturas

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

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Research

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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.

Síntese e microdiffraction a pressões e temperaturas extremas

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

Engenharia

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.

-Sonda de varredura único elétron Espectroscopia de capacitância

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.

Quantum Estadual de Engenharia de Luz com onda contínua Optical Parametric osciladores

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.

Investigando única molécula de adesão de Força Atômica 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 ...

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.

Espectroscopia Raman de nanofios extremos e Outros Sistemas 1D

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.

-Ressonância Quasi alta resolução Phonon assistida espectroscopia de fluorescência

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.

Atuadores de luz de forma livre - Fabricação e Controle de atuação em escala microscópica

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.

Evanescente Campo photoacoustics Baseado: Avaliação da Propriedade óptica a Surfaces

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.

Um simples Dewar / Cryostat para amostras termicamente equilibrar a temperaturas conhecidas para medições de luminescência criogénicos precisos

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.

Medindo as densidades de vidros aquosos em temperaturas criogênicas

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