Este trabalho foi apoiado pelo cluster de excelência "O Centro de Excelência para Imagem Ultrarrápida – Estrutura, Dinâmica e Controle da Matéria na Escala Atômica" da Deutsche Forschungsgemeinschaft e pelo Instituto Virtual Helmholtz "Caminhos Dinâmicos em Paisagens Multidimensionais".

1. Descrição da Configuração Experimental
Um esquema da configuração e defletor do feixe molecular da fase gasosa é mostrado na Figura 221. Consiste em
<ol><li>Uma válvula Even-Laviepulsada 29 contendo a amostra molecular. Outras válvulas de feixe molecular pulsadas podem ser usadas igualmente bem, desde que um feixe molecular frio (O(1 K)) seja formado. Os seguintes parâmetros são específicos para a válvula Even-Lavie empregada. Nos experimentos aqui apresentados, a válvula é operada a uma taxa de repetição de 20 Hz com altas pressões de apoio (hélio a ~50 bar) e expandida para uma câmara de vácuo evacuada para <10-6 mbar.</li>
	<li>Um skimmer de feixe molecular (2 mm de diâmetro) é colocado 22 cm rio abaixo da válvula, colidindo o feixe molecular e levando a condições diferenciais de bombeamento entre a válvula pulsada e o resto do sistema de vácuo.</li>
	<li>Imediatamente após o skimmer as moléculas entram no dispositivo de deflexão eletrostática. Trata-se de uma haste (raio de 3,0 mm) e um cocho (raio de curvatura de 3,2 mm), cada um com 24 cm de comprimento. A diferença vertical entre os eletrodos no centro do dispositivo é de 2,3 mm. Uma diferença potencial entre 0-26 kV é aplicada entre a haste e o cocho, produzindo um forte campo elétrico inhomogêneo com um gradiente de campo quase constante30,como indicado no início da Figura 2.</li>
	<li>Logo após as moléculas defletor entrarem na região de interação através de um segundo skimmer, proporcionando um estágio de bombeamento diferencial adicional.</li>
	<li>A região de interação (evacuada para pressões <10-9 mbar) contém uma configuração padrão de Wiley-McLaren time-of-flight (TOF). As moléculas são ionizadas por pulsos laser focados no centro da região de extração, entre os eletrodos repelente e extrator. Os íons produzidos são acelerados em direção a um detector de placas multicanais (PCM), onde um espectro de massa é registrado.</li>
	<li>Os pulsos de laser são derivados de um laser de corante bombeado Nd:YAG, fornecendo comprimentos de onda de saída típicos em torno de 283 nm (experimentos indolos) ou 272 nm (experimentos de 3 fluorofenol) e energias de pulso de alguns mJ. As durações do pulso estão na ordem de 10 nseg e os pulsos são focados com uma lente f = 750 mm para um tamanho spot de ~100 μm na região de interação.</li>
	<li>A sequência de tempo é controlada por um gerador de atraso digital fornecendo o relógio mestre. Isso aciona o laser Nd:YAG (lâmpadas flash e Q-switch), a válvula pulsada e o cartão digitalizador usado para gravar espectros de massa.</li>
	<li>Espectros de massa são gravados em um cartão digitalizador, acionado ao mesmo tempo que o interruptor Q laser. As densidades de feixes moleculares são extraídas de portões de massa apropriados nos espectros de tempo de voo registrados.</li>
</ol>2. Produção e Caracterização de um Feixe Molecular Selecionado Conformer
<ol><li>Um feixe molecular frio das moléculas-alvo é criado através de expansão supersônica e caracterizado usando perfis espaciais (x, y direções) e temporais (direção z).</li>
	<li>Carregue o reservatório amostral da válvula pulsada com a amostra química. Dissolva amostras sólidas em um solvente apropriado e coloque algumas gotas em um pequeno pedaço de papel filtro que é inserido no cartucho de amostra. Coloque amostras líquidas diretamente no papel do filtro.</li>
	<li>Produza a expansão supersônica, usando um gás de apoio de alta pureza de alta pressão. Ajuste a temperatura do reservatório de amostras dentro da válvula de modo que a pressão parcial da amostra seja de aproximadamente 10 mbar. Nota: Para amostras líquidas normalmente não é necessário aquecimento. O tempo de abertura da válvula depende do modelo exato da válvula pulsada utilizado, para os experimentos apresentados aqui a válvula Even-Lavie é operada com uma duração de pulso elétrico de 10 μseg.</li>
	<li>Caracterize o feixe molecular produzido com o defletor eletrostático desligado. Defina o laser de ionização a um comprimento de onda conhecido para ionização multifotn aprimorada por ressonância (REMPI) de um conformador específico da amostra. Regisso temporizou um perfil temporal do pulso do feixe molecular monitorando o rendimento total do íon-pai no detector mcp em função do atraso válvula-laser.</li>
	<li>Fixar o atraso válvula-laser na posição de intensidade máxima para todas as medições subsequentes.</li>
	<li>Registo transversal do feixe molecular monitorando o rendimento total do íon-pai em função da posição y do foco do laser. Faça isso movendo a lente focalizando perpendicularmente para a direção de propagação a laser, de modo que o foco se move na direção y em relação ao feixe molecular.</li>
	<li>Repita o perfil temporal e espacial para todos os conformadores de interesse no feixe. Nota: Estes normalmente têm ressonâncias REMPI distintas, de tal forma que cada conformador pode ser sondado separadamente. Na ausência de um campo de deflexão, no entanto, os perfis temporais e espaciais são idênticos para todos os conformadores.</li>
	<li>Caracterização do feixe desviado. Ligue a fonte de alta tensão ao defletor e registe os perfis espaciais para todos os isômeros. Estes devem agora ser desviados de acordo com a proporção de momentos de massa para dipolo. Nota: Para espécies submetidas a grandes desvios, pode ser necessário mover o skimmer imediatamente após o defletor para garantir uma boa transmissão do feixe desviado para a região de detecção.</li>
	<li>Realizar experimentos na parte mais conformer ou tamanho selecionado do feixe molecular, garantindo que a interação ( porexemplo, um raio laser de cruzamento) ocorra dentro da parte do feixe molecular contendo apenas as espécies de interesse.</li>
</ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Ao longo deste manuscrito, a familiaridade com componentes de vácuo ultra-alto, válvulas de feixe molecular pulsadas e fontes de laser é assumida e os procedimentos de segurança associados devem ser sempre respeitados. É preciso ter cuidado especial ao manusear os eletrodos de alta tensão para o defletor. Suas superfícies precisam ser polidas a um alto padrão e devem ser absolutamente limpas para evitar arcos dentro da câmara de vácuo. Antes do primeiro uso, os eletrodos devem ser condicionados sob vácuo. A tensão aplicada é len...

Os modernos experimentos de física molecular e química física em fase de gás frequentemente usam expansões supersônicas de moléculas-alvo para produzir amostras moleculares rotacionalmente frias dentro de um feixe molecular. No entanto, mesmo a baixas temperaturas de rotação de 1 K, que podem ser rotineiramente alcançadas usando expansões supersônicas, grandes moléculas ainda podem permanecer em múltiplas conformações dentro do feixe1. Da mesma forma, a produção de aglomerados moleculares em uma fonte de feixe não resulta em uma única espécie, mas sim na formação de uma "sopa de cluster", contendo muitas estoquitometrias de aglomerados diferentes, bem como permanecendo moléculas puras-mãe. Isso torna difícil o estudo desses sistemas com novas técnicas como a imagem de orbitais moleculares2, distribuições angulares de fotoelétrons de quadro molecular3-5 ou elétron6-10 e difração de raios-X11-13, pois requerem amostras puras, consistentes e homogêneas na fase gasosa.
Enquanto várias metodologias estão agora disponíveis para separar diferentes conformadores de espécies carregadas na fase gasosa (por exemplo, tubos de deriva de mobilidadede íons 14,15) e os clusters carregados são facilmente separados por sua relação massa-carga, essas técnicas não são aplicáveis a espécies neutras. Recentemente demonstramos que essas questões podem ser superadas com o uso de um dispositivo de deflexão eletrostática16,17,permitindo a separação de conformadores moleculares, bem como clusters e a produção de feixes moleculares rotacionalmente frios.
O uso de deflexão eletrostática é uma técnica clássica de feixe molecular, das quais as origens remontam a18,19. As primeiras ideias de utilização da deflexão eletrostática para a separação dos estados quânticos foram introduzidas por Stern em 192620. Enquanto os primeiros experimentos foram realizados em pequenas moléculas a altas temperaturas, demonstramos a aplicação desta técnica a grandes moléculas polares e aglomerados a baixas temperaturas16,21.
Moléculas polares experimentam uma força dentro de um campo elétrico inhomogenous(E)devido às diferenças espaciais na energia potencial. Essa força <img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px"> depende do momento efetivo do dipolo, μeff,da molécula e pode ser avaliada como
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg"> (1) 
Como diferentes conformadores moleculares normalmente possuem diferentes momentos de dipolo e números diferentes de moléculas de solventes dentro de um aglomerado levam a diferentes massas de aglomerados e momentos de dipolo, essas espécies experimentarão uma aceleração diferente na presença de um forte campo elétrico inhomogêneo. A força de efeito Stark resultante de um campo elétrico inhomogêneo pode, portanto, ser usada para a separação de conformadores e estados quânticos22. Isso é indicado na Figura 1, mostrando as curvas stark calculadas para os estados J = 0,1,2 rotacionais dos conformadores cis e trans de 3-fluorofenol, respectivamente. Isso leva a grandes diferenças em μeff, como mostrado nas Figuras 1c e 1d, e, portanto, uma aceleração diferente é experimentada pelos dois conformadores em campos elétricos inhomogêneos. Portanto, um dispositivo de deflexão eletrostática pode ser usado como uma relação de momento massa-para-dipolo(m/μeff) separador, em analogia a um espectrômetro de massa agindo como uma relação massa-carga(m/z) filtro23.
Além disso, essas técnicas permitem a separação dos estados quânticos rotacionais24,25. Como os estados rotacionais terrestres (curvas azuis nas Figuras 1a e 1b) exibem a maior mudança stark, estes serão mais desviados e podem ser espacialmente separados de moléculas nos estados mais altos de J 17. A parte mais fria de um feixe molecular pode, portanto, ser selecionada, auxiliando significativamente em muitas aplicações, como alinhamento e orientação das moléculas-alvo17, 26-28.
Nesta contribuição, mostramos como um dispositivo de deflexão eletrostática pode ser usado para separar espacialmente diferentes espécies de grandes moléculas polares e aglomerados. Exemplos de dados são apresentados para a produção de um feixe puro de um conformador individual e de um aglomerado soluto-solvente de tamanho e razão bem definidos. Especificamente apresentamos dados sobre 3-fluorofenol, onde um feixe puro contendo apenas o conformador trans é produzido, e em aglomerados de água indol, onde o aglomerado indole(H2O)1 pode ser espacialmente separado da água, indol, indole(H2O)2 , etc.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="687">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Vacuum system</td>
			<td style="width:175px;">various, e.g. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:177px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Dye laser system</td>
			<td style="width:175px;">various, e.g. Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes&#8230;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pulsed valve</td>
			<td style="width:175px;">Even-Lavie</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">High voltage power supply</td>
			<td style="width:175px;">eg. FUG</td>
			<td style="width:119px;">HCP 14-20000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Deflector</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Time-of-flight spectrometer</td>
			<td style="width:175px;">Jordan TOF</td>
			<td style="width:119px;">C-677</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TOF power supply</td>
			<td style="width:175px;">Jordan TOF</td>
			<td style="width:119px;">D-603</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Focusing lens</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Thorlabs</td>
			<td>LA4745</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Translation stage</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Vision Lasertechnik</td>
			<td style="width:119px;">8MT167-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Digitizer</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Agilent</td>
			<td style="width:119px;">Acquiris DC440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Digital delay generator</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Stanford Systems</td>
			<td style="width:119px;">SRS DG645</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Molecular beam skimmer</td>
			<td style="width:175px;">Beam Dynamics Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.beamdynamicsinc.com/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

spatial separation of molecular conformers and clusters

Física molecular em fase de gás e experimentos de química física geralmente usam expansões supersônicas através de válvulas pulsadas para a produção de feixes moleculares frios. No entanto, esses feixes geralmente contêm vários conformadores e aglomerados, mesmo a baixas temperaturas de rotação. Apresentamos uma metodologia experimental que permite a separação espacial dessas partes constituintes de uma expansão de feixe molecular. Usando um defletor elétrico, o feixe é separado por sua proporção de momento de massa para dipolo, análogo a um dobrador ou a um espectrômetro de massa do setor elétrico dispersando espacialmente moléculas carregadas com base em sua relação massa-carga. Este defletor explora o efeito Stark em um campo elétrico inhomogêneo e permite a separação de espécies individuais de moléculas e aglomerados neutros polares. Além disso, permite a seleção da parte mais fria de um feixe molecular, já que estados quânticos de baixa energia rotacionais geralmente experimentam a maior deflexão. Diferentes isômeros estruturais (conformadores) de uma espécie podem ser separados devido ao arranjo diferente de grupos funcionais, o que leva a momentos distintos de dipolo. Estes são explorados pelo defletor eletrostático para a produção de uma amostra conformamente pura de um feixe molecular. Da mesma forma, estoquitometrias específicas de cluster podem ser selecionadas, pois o momento de massa e dipolo de um determinado aglomerado depende do grau de solvação em torno da molécula-mãe. Isso permite experimentos em tamanhos e estruturas específicas de aglomerados, permitindo o estudo sistemático da solvação de moléculas neutras.

A técnica de deflexão eletrostática foi aplicada com sucesso à separação dos isômeros estruturais16 e dos clusters neutros21,bem como à produção de amostras moleculares selecionadas pelo estado quântico rotacional31. Demonstramos isso com resultados representativos para a separação de conformadores cis e trans de 3-fluorofenol, e tamanho selecionado indole (H2O)n clusters.
Os conformadores de fluorofenol fora...

Watch this Scientific Journal Video about Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters at JoVE.com

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Apresentamos uma técnica que permite a separação espacial de diferentes conformadores ou aglomerados presentes em um feixe molecular. Um defletor eletrostático é usado para separar espécies por sua proporção de momento massa-dipolo, levando à produção de conjuntos de fase de gás de um único conformador ou estoquiometria de cluster.

Separação Espacial de Conformadores Moleculares e Clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

spatial-separation-of-molecular-conformers-and-clusters

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Organic Chemistry

Physics

Unit 1

Electric Potential

Alcohols and Phenols

SCIENTISTS IN ACTION

8.8K visualizações.  CFEL, DESY. Apresentamos uma técnica que permite a separação espacial de diferentes conformadores ou aglomerados presentes em um feixe molecular. Um defletor eletrostático é usado para separar espécies por sua proporção de momento massa-dipolo, levando à produção de conjuntos de fase de gás de um único conformador ou estoquiometria de cluster.

Vídeo: Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy and dynamics1-4. Fundamental studies of photoionization processes of biomolecules provide information about the electronic structure of these systems. Furthermore determinations of ionization energies and other properties of biomolecules in the gas phase are not trivial, and these experiments provide a platform to generate these data. We have developed a thermal vaporization technique coupled with supersonic molecular beams that provides a gentle way to transport these species into the gas phase. Judicious combination of source gas and temperature allows for formation of dimers and higher clusters of the DNA bases. The focus of this particular work is on the effects of non-covalent interactions, i.e., hydrogen bonding, stacking, and electrostatic interactions, on the ionization energies and proton transfer of individual biomolecules, their complexes and upon micro-hydration by water1, 5-9.
We have performed experimental and theoretical characterization of the photoionization dynamics of gas-phase uracil and 1,3-dimethyluracil dimers using molecular beams coupled with synchrotron radiation at the Chemical Dynamics Beamline10 located at the Advanced Light Source and the experimental details are visualized here. This allowed us to observe the proton transfer in 1,3-dimethyluracil dimers, a system with pi stacking geometry and with no hydrogen bonds1. Molecular beams provide a very convenient and efficient way to isolate the sample of interest from environmental perturbations which in return allows accurate comparison with electronic structure calculations11, 12. By tuning the photon energy from the synchrotron, a photoionization efficiency (PIE) curve can be plotted which informs us about the cationic electronic states. These values can then be compared to theoretical models and calculations and in turn, explain in detail the electronic structure and dynamics of the investigated species 1, 3.

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

A molecular beam coupled to tunable vacuum ultraviolet photoionization mass spectrometer at a synchrotron provides a convenient tool to explore the electronic structure of isolated gas phase molecules and clusters. Proton transfer mechanisms in DNA base dimers were elucidated with this technique.

Espectrometria de Massa Molecular Beam Com Tunable radiação ultravioleta de vácuo Síncrotron (VUV)

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy ...

Engenharia

Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. Thus, understanding of spatial variations in composition as well as electrical properties of OPV materials is of paramount importance for moving PV technology forward.1,2 In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution. Currently, materials properties measurements performed using commercially available AFM-based techniques (PeakForce, conductive AFM) generally provide only qualitative information. The values for resistance as well as Young's modulus measured using our method on the prototypical ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM system correspond well with literature data. The P3HT:PC61BM blend separates onto PC61BM-rich and P3HT-rich domains. Mechanical properties of PC61BM-rich and P3HT-rich domains are different, which allows for domain attribution on the surface of the film. Importantly, combining mechanical and electrical data allows for correlation of the domain structure on the surface of the film with electrical properties variation measured through the thickness of the film.

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution.

Condutividade quantitativa concorrente e Medidas mecânicas de materiais fotovoltaicos orgânicos utilizando AFM

Organic photovoltaic  (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale  inhomogeneity of OPV materials affects performance ...

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

In recent years &pi;-conjugated organic semiconductors have emerged as the active material in a number of diverse applications including large-area, low-cost displays, photovoltaics, printable and flexible electronics and organic spin valves. Organics allow (a) low-cost, low-temperature processing and (b) molecular-level design of electronic, optical and spin transport characteristics. Such features are not readily available for mainstream inorganic semiconductors, which have enabled organics to carve a niche in the silicon-dominated electronics market. The first generation of organic-based devices has focused on thin film geometries, grown by physical vapor deposition or solution processing. However, it has been realized that organic nanostructures can be used to enhance performance of above-mentioned applications and significant effort has been invested in exploring methods for organic nanostructure fabrication.	
A particularly interesting class of organic nanostructures is the one in which vertically oriented organic nanowires, nanorods or nanotubes are organized in a well-regimented, high-density array. Such structures are highly versatile and are ideal morphological architectures for various applications such as chemical sensors, split-dipole nanoantennas, photovoltaic devices with radially heterostructured "core-shell" nanowires, and memory devices with a cross-point geometry. Such architecture is generally realized by a template-directed approach. In the past this method has been used to grow metal and inorganic semiconductor nanowire arrays. More recently &pi;-conjugated polymer nanowires have been grown within nanoporous templates. However, these approaches have had limited success in growing nanowires of technologically important &pi;-conjugated small molecular weight organics, such as tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), rubrene and methanofullerenes, which are commonly used in diverse areas including organic displays, photovoltaics, thin film transistors and spintronics.	
Recently we have been able to address the above-mentioned issue by employing a novel "centrifugation-assisted" approach. This method therefore broadens the spectrum of organic materials that can be patterned in a vertically ordered nanowire array. Due to the technological importance of Alq3, rubrene and methanofullerenes, our method can be used to explore how the nanostructuring of these materials affects the performance of aforementioned organic devices. The purpose of this article is to describe the technical details of the above-mentioned protocol, demonstrate how this process can be extended to grow small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates and finally, to discuss the critical steps, limitations, possible modifications, trouble-shooting and future applications.

We report a simple method for fabricating an ultrahigh density array of vertically ordered small-molecular organic nanowires. This method allows for synthesis of complex heterostructured hybrid nanowire geometries, which can be inexpensively grown on arbitrary substrates. These structures have potential applications in organic electronics, optoelectronics, chemical sensing, photovoltaics and spintronics.

Ultra Density Array of alinhados verticalmente Nanofios orgânicos pequeno-moleculares sobre substratos Arbitrárias

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement is used. Here we operate a Nd:YAG laser at a frequency of 10 Hz at the fundamental wavelength of 1,064 nm. The 14 nsec pulses with anenergy of 190 mJ/pulse are focused to a 50 &#181;m spot size to generate a plasma from optical breakdown or laser ablation in air. The microplasma is imaged onto the entrance slit of a 0.6 m spectrometer, and spectra are recorded using an 1,800 grooves/mm grating an intensified linear diode array and optical multichannel analyzer (OMA) or an ICCD. Of interest are Stark-broadened atomic lines of the hydrogen Balmer series to infer electron density. We also elaborate on temperature measurements from diatomic emission spectra of aluminum monoxide (AlO), carbon (C2), cyanogen (CN), and titanium monoxide (TiO).
The experimental procedures include wavelength and sensitivity calibrations. Analysis of the recorded molecular spectra is accomplished by the fitting of data with tabulated line strengths. Furthermore, Monte-Carlo type simulations are performed to estimate the error margins. Time-resolved measurements are essential for the transient plasma commonly encountered in LIBS.

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Time-resolved atomic and diatomic molecular species are measured using LIBS. The spectra are collected at various time delays following the generation of optical breakdown plasma with Nd:YAG laser radiation&#160;and are analyzed to infer electron density and temperature.

Medição e Análise de hidrogênio atômico e Diatomic AlO Molecular, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, e TiO Spectra Following induzida por laser Breakdown Optical

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement ...

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The characteristics of the C84-embedded Si surface, such as atomic resolution topography, local electronic density of states, band gap energy, field emission properties, nanomechanical stiffness, and surface magnetism, were examined using a variety of surface analysis techniques under ultra, high vacuum (UHV) conditions as well as in an atmospheric system. Experimental results demonstrate the high uniformity of the C84-embedded Si surface fabricated using a controlled self-assembly nanotechnology mechanism, represents an important development in the application of field emission display (FED), optoelectronic device fabrication, MEMS cutting tools, and in efforts to find a suitable replacement for carbide semiconductors. Molecular dynamics (MD) method with semi-empirical potential can be used to study the nanoindentation of C84-embedded Si substrate. A detailed description for performing MD simulation is presented here. Details for a comprehensive study on mechanical analysis of MD simulation such as indentation force, Young&#39;s modulus, surface stiffness, atomic stress, and atomic strain are included. The atomic stress and von-Mises strain distributions of the indentation model can be calculated to monitor deformation mechanism with time evaluation in atomistic level.

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

This paper reports the nanomaterial fabrication of a fullerene Si substrate inspected and verified by nanomeasurements and molecular dynamic simulation.

sondagem C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si substrato utilizando Scanning Probe Microscopy e Dinâmica Molecular

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

Composites nanoestruturado Ag-zeólita como sensores de umidade à base de luminescência

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy of N-polar InAlN-barrier High-electron-mobility Transistors

Plasma-assisted molecular beam epitaxy is well suited for the epitaxial growth of III-nitride thin films and heterostructures with smooth, abrupt interfaces required for high-quality high-electron-mobility transistors (HEMTs). A procedure is presented for the growth of N-polar InAlN HEMTs, including wafer preparation and growth of buffer layers, the InAlN barrier layer, AlN and GaN interlayers and the GaN channel. Critical issues at each step of the process are identified, such as avoiding Ga accumulation in the GaN buffer, the role of temperature on InAlN compositional homogeneity, and the use of Ga flux during the AlN interlayer and the interrupt prior to GaN channel growth. Compositionally homogeneous N-polar InAlN thin films are demonstrated with surface root-mean-squared roughness as low as 0.19 nm and InAlN-based HEMT structures are reported having mobility as high as 1,750 cm2/V&#8729;sec for devices with a sheet charge density of 1.7 x 1013 cm-2.

Molecular beam epitaxy is used to grow N-polar InAlN-barrier high-electron-mobility transistors (HEMTs). Control of the wafer preparation, layer growth conditions and epitaxial structure results in smooth, compositionally homogeneous InAlN layers and HEMTs with mobility as high as 1,750 cm2/V&#8729;sec.

assistido por plasma Molecular Beam Epitaxy de N-polar InAlN barreiras Transistores de alta electron-mobility

Plasma-assisted molecular beam epitaxy is well suited for the epitaxial growth of III-nitride thin films and heterostructures with smooth, abrupt ...

An Analog Macroscopic Technique for Studying Molecular Hydrodynamic Processes in Dense Gases and Liquids

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a standard fluid dynamic diagnostic, particle image velocimetry (PIV), to measure: i) velocities of individual particles (grains), extant on short, grain-collision time-scales, ii) velocities of systems of particles, on both short collision-time- and long, continuum-flow-time-scales, iii) collective hydrodynamic modes known to exist in dense molecular fluids, and iv) short- and long-time-scale velocity autocorrelation functions, central to understanding particle-scale dynamics in strongly interacting, dense fluid systems. The basic system is composed of an imaging system, light source, vibrational sensors, vibrational system with a known media, and PIV and analysis software. Required experimental measurements and an outline of the theoretical tools needed when using the analog technique to study molecular-scale hydrodynamic processes are highlighted. The proposed technique provides a relatively straightforward alternative to photonic and neutron beam scattering methods traditionally used in molecular hydrodynamic studies.

An experimentally accessible analog method for studying molecular hydrodynamic processes in dense fluids is presented. The technique uses particle image velocimetry of vibrated, high-restitution grain piles and allows direct, macroscopic observation of dynamical processes known and predicted to exist in strongly interacting, high density gases and liquids.

Uma técnica macroscópica analógica para estudar processos hidrodinâmicos Molecular em densas Gases e líquidos

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a ...

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device applications. Zinc oxide (ZnO), a semiconductor with a wide bandgap (3.4 eV) and high electron saturation velocity has gained a great deal of attention as an attractive material for high speed devices. Efficient gate modulation, however, requires high-quality Schottky contacts on the barrier layer. In this article, we present our Schottky diode fabrication procedure on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructure with high density 2DEG which is achieved through strain modulation and incorporation of a few percent Be into the MgZnO-based barrier during growth by molecular beam epitaxy (MBE). To achieve high crystalline quality, nearly lattice-matched high-resistivity GaN templates grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) are used as the substrate for the subsequent MBE growth of the oxide layers. To obtain the requisite Zn-polarity, careful surface treatment of GaN templates and control over the VI/II ratio during the growth of low temperature ZnO nucleation layer are utilized. Ti/Au electrodes serve as Ohmic contacts, and Ag electrodes deposited on the O2 plasma pretreated BeMgZnO surface are used for Schottky contacts.

Attainment of high-quality Schottky contacts is imperative for achieving efficient gate modulation in heterostructure field effect transistors (HFETs). We present the fabrication methodology and characteristics of Schottky diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO heterostructures with high-density two dimensional electron gas (2DEG), grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy on GaN templates.

Fabricação de diodos de Schottky na Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure cultivadas por Epitaxia de feixe Molecular assistido por Plasma

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...

Assembling Molecular Shuttles Powered by Reversibly Attached Kinesins

This protocol describes how to create kinesin-powered molecular shuttles with a weak and reversible attachment of the kinesins to the surface. In contrast to previous protocols, in this system, microtubules recruit kinesin motor proteins from solution and place them on a surface. The kinesins will, in turn, facilitate the gliding of the microtubules along the surface before desorbing back into the bulk solution, thus being available to be recruited again. This continuous assembly and disassembly leads to striking dynamic behavior in the system, such as the formation of temporary kinesin trails by gliding microtubules.
Several experimental methods will be described throughout this experiment: UV-Vis spectrophotometry will be used to determine the concentration of stock solutions of reagents, coverslips will first be ozone and ultraviolet (UV) treated and then silanized before being mounted into flow cells, and total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy will be used to simultaneously image kinesin motors and microtubule filaments.

We present a protocol to build molecular shuttles, where surface-adhered kinesin motor proteins propel dye-labelled microtubules. Weak interactions of the kinesins with the surface enables their reversible attachment to it. This creates a nanoscale system which exhibits dynamic assembly and disassembly of its components while retaining its functionality.

Montagem Molecular vaivéns alimentados por reversivelmente ligado Kinesins

This protocol describes how to create kinesin-powered molecular shuttles with a weak and reversible attachment of the kinesins to the surface. In contrast ...