Esta pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional de Ciência (NSF concessão de CARREIRA CCF-0347303 e NSF concessão CCF-0541105). Os autores gostariam de agradecer a Jaroslav Krivanek, Jon Lua, Edgar Velázquez-Armendáriz, Wenzel Jakob, James Harvey, Susan Suarez, Ellis Loew, e John Hermanson por suas contribuições intelectuais. O Cornell Spherical pórtico foi construído a partir de um projeto devido a Duane Fulk, Marc Levoy, e Szymon Rusinkiewicz.

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Não há conflitos de interesse declarados.

Embora o desempenho e função de muitos colorações pigmentares e estruturais são bem conhecidos, a morfologia dos diversos tegumentos é tão complexa que os seus detalhes estruturais e função são mal compreendidos 20. Tegumentos desenvolveram especializações que variam espacialmente ao longo da superfície do organismo, de modo a reflectir a luz diferencialmente direcionalmente para o espectador. Direcionalidade tem recebido atenção principalmente no estudo de iridescência, devido à sua mudança de cor com a mudança do incidente e ângulo de visualização e pesquisa em iridescência de tegumento biológica tem atraído principalmente 1D e 2D algumas medidas 8,12,17. Mas medições 6D generalizadas não têm sido de rotina no estudo de tegumentos 21-23, iridescente ou de outra forma, e a literatura sobre fenótipos cor organismal é limitado pela falta de dados de cor direccionais do tipo nosso método proporciona. A pena é especialmente rich materiais tegumentar compreendendo arranjos de estrutura mili-escala dos farpa: rami, bárbulas distais, e bárbulas proximais. A pequena dimensão dos elementos e seus arranjos complexos tornam difícil discernir o desempenho de dispersão de luz dos elementos individuais. Nosso protocolo isolado com sucesso estrutura mili-escala a partir da influência da geometria macro-escala. Ao caracterizar as conseqüências funcionais da expressão direcional de estruturas mili-escala para a assinatura de campo distante da pena, que permitiu inquérito sobre suas conseqüências adaptativas. Enfrentamos compensações práticas entre resolução espectral, espacial e angular. Nós escolhemos alta resolução espacial, angular média e baixa espectral para os nossos estudos. Outras combinações podem ser usadas, mas algumas (por exemplo, todos os altos) conduzem a tempos de medição unworkably longos. A atenção deve ser focada em que é importante para os fenômenos particulares sendo estudados. Ao optar por empregar um RGB camera com um mosaico filtro Bayer, nós projetamos nosso protocolo para coincidir com o sistema visual humano. A câmara RGB pode ser substituído e o protocolo adaptado para medir a cor do estímulo relativa de qualquer organismo, por exemplo, a sensibilidade no espectro ultravioleta é necessária para medir a cor das aves de tetra-cromático 24,25. A câmara de imagem espectral iria fornecer a solução mais geral 25. Demonstramos nosso protocolo com penas das asas tertial uma vez que são coloridos e facilmente achatado contra uma placa de referência. Infelizmente, a abertura da placa de metal revelou apenas uma fracção da superfície da pena. Se pudéssemos medir simultaneamente a forma 3D da superfície da pena ao medir a sua reflexão 25, poderíamos evitar mecanicamente achatamento da pena e, em vez medir toda a pena em seu estado natural, não nivelado. Interativas, ferramentas especializadas e integradas para a visualização de dados fornecem substantial beneficiar os cientistas explorar e interpretar grandes volumes de dados. Quanto maior for a integração e interactividade, as ligações mais fáceis em que os dados são observados. No nosso software, um utilizador pode interactivamente traçar dispersão média direccional como uma função da posição da superfície (Figura 4). Desenvolvimento do nosso software pode integrar outras funções de plotagem (Figuras 6, 7) para estender a experiência interativa.

A cor eo padrão de tegumento de um organismo desempenhar funções ecológica e socialmente críticos mais taxa animal. Estas propriedades fenotípicas são determinados pela interacção da luz com a estrutura do tegumento, que podem exibir dispersão óptica que varia tanto espacialmente (por toda a superfície do tegumento), e direccionalmente (com mudança de direcção de iluminação e de visualização). Em materiais biológicos complexos, tais como penas, a direcção de dispersão de luz é influenciada pela orientação dos repetindo geometria mili-escala. Estas estruturas mili-escala em si pode ser incorporado com estruturas em escala nanométrica, como matrizes de melanina, que muitas vezes herdam a orientação mili-escala. De nano-a macro-escalas, a estrutura do tegumento evoluiu funcionalmente para aumentar a capacidade de sinalização do organismo. A fim de avaliar a influência da morfologia das escalas diferentes sobre a aparência geral, a ferramentasmedir e analisar a cor de estruturas biológicas precisam de flexibilidade para isolar espalhamento de luz direcional em várias escalas de ampliação. Nós desenvolvemos ferramentas de medição baseados em imagens de estudar como o desempenho da complexa e variada morfologia mili-escala de uma pena (rami farpa, bárbulas distais e proximais bárbulas) amplia a gama de expressão possível de estruturas em escala nanométrica sozinho. Em uma única imagem gravada pela câmera, observou-se que a luz refletida de forma diferente em diferentes locais da superfície da pena, isto é, reflexão de luz foi espacialmente variável. Quando foi transferida direcção da luz e da câmara em relação à pena, observou-se a reflectância mudada, isto é, a reflectância de luz foi direccionalmente variante 1. Após essas observações, foi elaborado um protocolo para mover metodicamente a luz e câmera em torno do assunto usando um pórtico esférica 2,3, com o qual nós capturamos duas dimensões de suposição rface (X e Y), 2 dimensões da direção da luz (latitude e longitude), e duas dimensões da direção da câmera (latitude e longitude) (Figura 2). Em software, exploramos visualmente as seis dimensões da luz espalhada em função da posição, direção de iluminação e direção de exibição. Pesquisas anteriores na reflectância de tegumentos tem muita freqüência descontada a contribuição de direcionalidade - por exemplo, a reflexão difusa vs especular ou isotrópico vs anisotrópica - a expressão da cor. A maioria das medidas de cor fixaram a luz incidente, objeto e geometria de visualização para evitar cuidadosamente os efeitos direcionais. Por exemplo, para eliminar a reflexão especular a partir de medições de cor, é comum colocar a luz perpendicular à superfície e registar a reflectância a 45 ° em relação à normal. Estudos que fazem ligação a morfologia direcional variando de reflectância geralmente se concentram em escala nanométricae suas conseqüências iridescentes 4-8. Poucos consideram a contribuição de micro, mili-e geometrias macro-escala para a assinatura óptica de campo distante 8-11. Por isso, é comum empregar um detector de luz para reflexão agregado em uma única área de interesse, que pode incluir vários componentes mili-e / ou macro-escala, como rami farpa, barbas, e até mesmo penas inteiras 6,8,11-17 . Quando a região de interesse seja mais pequeno do que o limite de resolução do detector, ou não se conforma com a forma do campo de visão do detector, o protocolo comum especifica dissecção espécime para isolar o espalhamento de luz a partir do elemento de mili-escala específica 8,10 , 13,15. Nós desenvolvemos um protocolo mais abrangente para aquisição de medição e visualização que incentiva a exploração das muitas variáveis, muitas vezes ignorados em outros estudos mais focalizados. Medimos o espalhamento de luz sobre uma esfera de direções e acrossa região do espaço através de um conjunto enorme de high-dynamic range, fotografias de alta resolução tirada de um conjunto sistemático de luz e direções de visualização. Nós empregamos um sensor de imagem de alta resolução com a sua matriz 2D de detectores de pixel escala bem. Agregação de hardware ocorre no nível de pixel, em uma escala menor do que os elementos mili-escala que estamos medindo. Uma segunda etapa agregados pixels individuais no software que o utilizador selecciona a forma eo tamanho da região de interesse. Por conseguinte, um único conjunto de medição pode ser analisada repetidamente em software para explorar diferentes aspectos da interacção de luz com material em várias posições e escalas biologicamente relevantes. Ao eliminar a dissecção e medindo toda a pena, nosso protocolo tem a vantagem de deixar a morfologia da pena cata intacta, mantendo contexto natural e função, isto é, as interações da luz entre elementos mili escala constituintes. A dispersão de luz a partir do organismo structure é multidimensional e difíceis de quantificar. Medido de espalhamento de luz 6D ainda não pode ser atribuída à morfologia específica dentro de uma hierarquia de escala com qualquer instrumento singular. Mas fizemos um passo importante nessa busca. Nós desenvolvemos uma ferramenta que abrange três métodos complementares - reflectância de amostragem utilizando o pórtico, explorar grandes volumes de dados em software, e visualizar subconjuntos de dados graficamente - a alargar a nossa capacidade de medir o espalhamento de luz 6D em qualquer ponto em um material, até o mili-escala. Como são utilizados protocolos como o nosso, podemos prever os biólogos irá identificar uma infinidade de traços-direcional e espacialmente diferentes e adaptações estruturais correspondentes em múltiplas escalas de desenvolvimento. Usando nossas ferramentas estamos empenhados em caracterizar o potencial de sinalização da expressão direcional e espacial das estruturas mili-escala, e espero lançar luz sobre suas conseqüências adaptativas. Nós abordar uma série de questões, tais como: a partir de umy dado ponto de observação, quais os elementos em escala bem ou regiões bruto escala da pena refletem fortemente? Como a orientação dos elementos de escala fina influenciar a direcção da luz dispersa? Quais as condições morfológicas produzir um brilho acetinado contra um brilho de lantejoulas do ornamento iridescente? Que algumas espécies produzem mais amplo &quot;janelas&quot; para a observação de iridescência do que outros? Estas perguntas podem ser feitas sobre os pássaros e as suas penas, mas também sobre quaisquer outros organismos que evoluíram a aparência da superfície especial para sinalização, camuflagem, ou por outros motivos.

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

A luz interage com tegumento de um organismo de uma variedade de escalas espaciais. Por exemplo, numa ave iridescente: estruturas em escala nano produzir uma cor, a estrutura de mili-escala de farpas e bárbulas determina em grande parte o padrão direccional da luz reflectida, e através da estrutura espacial macro-escala de curvas sobrepostas, penas, estes efeitos direccionais criar a textura visual. Milli efeitos escala e macro-escala determinar onde no corpo do organismo, e de que pontos de vista e em que a iluminação, as cores iridescentes são vistos. Assim, o flash altamente direcional de cor brilhante da garganta iridescente de um beija-flor não está devidamente explicado pela sua estrutura de nano-escala sozinho e questões permanecem. A partir de um determinado ponto de observação, quais os elementos mili-escala da pena são orientados a refletir fortemente? Que algumas espécies produzem mais amplo &quot;janelas&quot; para a observação de iridescência do que outros? Estas e outras questões semelhantes may ser perguntado sobre quaisquer organismos que evoluíram a aparência da superfície especial para sinalização, camuflagem, ou por outros motivos. A fim de estudar os padrões direcionais de espalhamento de luz a partir de penas, e sua relação com a morfologia mili-escala da ave, desenvolvemos um protocolo para medição da luz espalhada a partir de materiais biológicos utilizando muitas fotografias de alta resolução tiradas com diferentes iluminação e visualização direções. Uma vez que medir a luz espalhada em função de direção, pode-se observar as características da distribuição direcional da luz espalhada de que pena particular, e porque farpas e bárbulas são resolvidas em nossas imagens, podemos atribuir claramente as características direcionais para esses diferentes estruturas mili-escala. Manter a amostra intacta preserva o comportamento de dispersão bruto escala visto na natureza. O método aqui descrito apresenta um protocolo generalizado para analisar espacialmente e direcionalmente-varying espalhamento de luz a partir de materiais biológicos complexos em escalas múltiplas estruturais.

A medida primária da nossa protocolo (Rotina I na Figura 1), fixada na direcção da câmara normal à superfície e apenas movido a luz. Como a luz adere espalhamento ao princípio da reciprocidade, o resultado é o mesmo quer manter constante a câmera enquanto se move a luz sobre o hemisfério, ou vice-versa. Quando fixa a câmera ou a luz, o conjunto de direção 4-dimensional completo é subamostrados. Uma imagem mais completa do comportamento de dispersão é observada quando, ao contrário da medição primária, tanto luz e da câmara são movidos para longe da superfície normal e numa multiplicidade de direcções. Idealmente, poderíamos medir a dispersão de luz a partir de várias direções da câmera, a tantos quantos o número de incidentes direções de luz, para produzir um conjunto de dados simétrica. Na prática, isso exigiria demasiadas exposições. Em nossa experiência, podemos obter informações suficientes sobre as diferentes posições de visualização movendo a câmera algumas vezes assuming simetria de rotação de 180 ° sobre a superfície normal. Durante a fase de medição secundária, adquirimos medições de sete direcções de visualização distribuídas ao longo do hemisfério e dentro de 60 ° do zênite 18,19 (II.A rotina na Figura 1). Nas figuras deste artigo, vamos mostrar os dados medidos e representativos de uma pena de Lamprotornis purpureus (Starling brilhante roxo), a reflexão de que é iridescente, brilhante e anisotrópica (Figura 5). Em cada um dos sete sentidos da visão, a luz refletida é recolhida a partir de centenas de direções de iluminação incidente sobre o hemisfério. As direções de formar uma banda estreita ortogonalmente orientada para o eixo central da pena (imagem pena ver na Figura 4). A mudança de cor iridescência é subtil (verde-azulado em incidência normal e azul-esverdeado a incidência da pastagem), quando é visto a pena normal à sua superfície, como visto na {0 ° C, 0 &amp; Deg;} RGB enredo da Figura 5. À medida que o ângulo de visão abordagens pastagem, os ângulos entre a direcção de visão e as instruções de incidentes de pastoreio são maximizadas, levando a uma mudança de cor mais marcante (verde-azulado, a 0 ° e magenta a 240 ° entre incidente e direcções de observação), como visto na {60 °, 0 °} RGB trama na Figura 5. Nós podemos dar ao luxo de entrar a luz e câmera em muito resolução angular mais fina quando restringir os movimentos de uma dimensão. Figura 6 mostra a cromaticidade da reflectância de L. purpureus plumagem como uma função do ângulo entre o incidente e as direcções de visualização, quando o incidente e direcções de observação estão no plano que contém a banda especular, que é perpendicular ao eixo longitudinal do barbule distal. Como os arcos de cores iridescentes através do espaço cromáticas, a cor muda de verde-azulado ao roxo. Espacial variável<html> ção na reflectância direccional é visível quando for diferente (X, Y) do tegumento correspondem a diferentes estruturas de mili-escala. No caso de L. purpureus apenas uma estrutura - o barbule distal - é visível na maior parte da área. Em contraste, em C. cupreus, três estruturas mili escala - as bárbulas rami, distais e proximais bárbulas - são claramente distinguidos nos dados, podemos observar que a reflectância da pluma é orientada com respeito ao eixo longitudinal de cada estrutura (Figura 8) . <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig1.jpg" /> Figura 1. Esta visão esquemática descreve dois métodos de montagem, o sistema de coordenadas esférico pórtico, tipos de amostragem de aquisição e seus respectivos resultados.<html> / Ftp_upload/50254/50254fig1large.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Clique aqui para ver a figura maior. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig2.jpg" /> Figura 2. A pena achatada é visível através de uma abertura em uma placa de metal cercado por um anel de metas. Uma esférico pórtico podem ser colocados para medir a dispersão da luz de uma pena de iluminação incidente múltipla e direcções de visualização. L = braço Light (latitude). C = braço Camera (latitude). B = Base Camera (longitude). T = Turntable (longitude). F = Feather. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig3.jpg" /> Figura 3. Espalhamento direcional média pode ser computada a partir de uma região de pena cata ponto, linha ou retangular. p_upload/50254/50254fig4highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/50254/50254fig4.jpg &quot;/&gt; Figura 4. Exemplo de espalhamento direcional funções plotagem (R * = Reflectance, T * = Transmitância, P * = Top, F * = frente, S * = Lado, A * = arbitrária) e esquemas de cores (* 1 = Luminance, * 2 = RGB , * 3 = Chromaticity). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver a figura maior</a> . <img alt="Figura 5" fo:content-width="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig5.jpg" /> Figura 5. A luminância (em cima) e de cor RGB (inferior) da reflectância hemisférica na direcção do espaço cosseno como visto a partir da (ângulo de elevação, ângulo azimute) pares de coordenadas: {0 °, 0 °}, {30 °, 0 °}, { 30 °, 90 °}, {60 °, 0 °}, {60 °, 45 °}, {60 °, 90 °} e {60 °, 135 °.} A reflectância é<html> média entre a × pixels região retangular da palheta lateral de um L. tertial 25 25 purpureus (Starling brilhante roxo) pena. As setas vermelhas representam as direções da câmera. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver a figura maior</a> . <img alt="Figura 6" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig6.jpg" /> Figura 6. Cromaticidade da reflectância em função da metade do ângulo entre a iluminação incidente e visualização direções:. CIE 1976 Balanças cromaticidade uniforme (USC) com a região ampliada <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig6large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver a figura maior</a> . / 50254/50254fig7highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/50254/50254fig7.jpg &quot;/&gt; Figura 7. Reflectância como uma função do ângulo entre a iluminação incidente e as direcções de visualização, no plano com (vermelho) e perpendicular a (sombreada) do eixo longitudinal do barbule distai: (A) comprimento de onda dominante, (B) por cento croma, (C ) Percentual luminância. The sombreamento de cor em lote A é a cor RGB da reflectância. Os valores de comprimento de onda negativos representam as cores no triângulo roxo não-espectral. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig7large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver a figura maior</a> . <img alt="Figura 8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig8.jpg" /> Figura 8. Reflectância média direccional de bárbulas bárbulas distais e proximais entre dois ramos adjacentes da C. cupreus (African Cuckoo Emerald). <img alt="Figura 9" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50254/50254fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50254/50254fig9.jpg" /> Figura 9. (A) imagem não-retificada iluminado pela lâmpada do pórtico, (B) imagem não-retificada iluminado pelo flash na câmera, (C) os candidatos alvo filtrados afim transformada, a imagem flash-iluminado, (D) alvos aceitavelmente nítido dentro de profundidade em campo, (E) imagem da lâmpada iluminada Retificado, (F) Rodado pena ponta para cima, foi colhido e mascarados. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50254/50254fig9large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver a figura maior</a> .

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

Nós apresentamos um método não destrutivo para a amostragem variação espacial na direção da luz espalhada a partir de materiais estruturalmente complexos. Ao manter o material intacto, preservamos o comportamento de dispersão bruto escala, ao mesmo tempo em captar contribuições direcionais escala bem com imagens de alta resolução. Os resultados são visualizados no software em posições e escalas biologicamente relevantes.

Medindo espacialmente e direcional variando espalhamento de luz a partir de Material Biológico

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 visualizações.  Cornell University. Nós apresentamos um método não destrutivo para a amostragem variação espacial na direção da luz espalhada a partir de materiais estruturalmente complexos. Ao manter o material intacto, preservamos o comportamento de dispersão bruto escala, ao mesmo tempo em captar contribuições direcionais escala bem com imagens de alta resolução. Os resultados são visualizados no software em posições e escalas biologicamente relevantes.

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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.

Fabricação de óxidos complexos espacialmente confinados

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

Engenharia

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.

Medição de materiais Microstructure Sob fluxo Usando 1-2 Plane Fluxo-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 ...

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.

Usando neutron spin echo resolvi a dispersão da incidência de pastagem para investigar materiais orgânicos de células solares

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.

Medição da Dispersão Não-linearidades de um Nanoparticle plasmonic Individual

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.

Métodos experimentais para processos de resfriamento Elastocaloric Investigação de Memória de Forma baseada e Validação de Modelo

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.

Metodologia baseada em Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) para avaliar quantitativamente a dispersão de luz para frente e para trás a partir de lentes intraoculares

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.

Espectrômetro de espalhamento Brillouin estimulado assemelhace de alta velocidade para análise de Material

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.

Determinação de excitação e taxas entre emissores de luz e Polaritons de Plasmon de superfície de acoplamento

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.

Síncrotron Microdiffraction de raio-x e imagem latente de fluorescência das amostras de rocha e minerais

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.

Medição de força dinâmica Agida na perna de Strider da água, saltar para cima pelo Sensor de película de PVDF

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, ...