Name: التصوير المباشر مدفوعة الليزر فائق السرعة الجزيئية دوران (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: تعلم التصوير فائق السرعة للدوران الجزيئي باستخدام تقنية انفجار كولوم. تُتيح هذه الطريقة التقاط صور عالية الدقة في الوقت الفعلي لفهم ديناميكيات الجزيئات الكمية.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل المنح المساعدة KAKENHI من الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم (JSPS) ووزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا (MEXT) اليابان (#26104539 و #26620020 و #26810011 و #15H03766 و #15KT0060 و #16H00826 و #16K13927) ؛ مؤسسة كونيكا مينولتا للعلوم والتكنولوجيا ؛ برنامج "زرع البذور للبحث" التابع ل TokyoTech ؛ مشروع علوم التصوير التابع لمركز مبادرات العلوم الجديدة (CNSI) في المعاهد الوطنية للعلوم الطبيعية (NINS) (#IS261006) ؛ البرنامج المشترك بين RIKEN-IMS حول "الضوئيات المتطرفة" ؛ واتحاد علوم وتكنولوجيا الفوتون (CPhoST).

<ol><li>Stapelfeldt, H., Constant, E., Sakai, H., Corkum, P. B. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.58.426">Time-resolved Coulomb explosion imaging: A method to measure structure and dynamics of molecular nuclear wave packets.</a> Phys. Rev. A. 58, 426-433 (1998).</li>
<li>Hishikawa, A., Matsuda, A., Fushitani, M., Takahashi, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualizing+Recurrently+Migrating+Hydrogen+in+Acetylene+Dication+by+Intense+Ultrashort+Laser+Pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Visualizing Recurrently Migrating Hydrogen in Acetylene Dication by Intense Ultrashort Laser Pulses.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 258302(2007).</li>
<li>Légaré, F., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.71.013415">Laser Coulomb-explosion imaging of small molecules.</a> Phys. Rev. A. 71, 013415(2005).</li>
<li>Stapelfeldt, H., Seideman, T. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.75.543">Colloquium: Aligning molecules with strong laser pulses.</a> Rev. Mod. Phys. 75, 543-557 (2003).</li>
<li>Ohshima, Y., Hasegawa, H. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/0144235X.2010.511769">Coherent rotational excitation by intense nonresonant laser fields.</a> Int. Rev. Phys. Chem. 29, 619-663 (2010).</li>
<li>Kitano, K., Hasegawa, H., Ohshima, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+Angular+Momentum+Orientation+by+Linearly+Polarized+Laser+Fields%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Ultrafast Angular Momentum Orientation by Linearly Polarized Laser Fields.</a> Phys. Rev. Lett. 103, 223002(2009).</li>
<li>Fleischer, S., Khodorkovsky, Y., Prior, Y., Averbukh, I. S. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1012.1253">Controlling the sense of molecular rotation.</a> New J. Phys. 11, 105039(2009).</li>
<li>Korobenko, A., Milner, A. A., Milner, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Observation%2C+Study%2C+and+Control+of+Molecular+Superrotors%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Direct Observation, Study, and Control of Molecular Superrotors.</a> Phys. Rev. Lett. 112, 113004(2014).</li>
<li>Rosca-Pruna, F., Vrakking, M. J. J. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1458537">Revival structures in picosecond laser-induced alignment of I2 molecules. I. Experimental results.</a> J. Chem. Phys. 116, 6567-6578 (2002).</li>
<li>Dooley, P. W., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.68.023406">Direct imaging of rotational wave-packet dynamics of diatomic molecules.</a> Phys. Rev. A. 68, 023406(2003).</li>
<li>Mizuse, K., Kitano, K., Hasegawa, H., Ohshima, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+unidirectional+rotation+directly+imaged+with+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Adv%22%5BJournal%5D)">Quantum unidirectional rotation directly imaged with molecules.</a> Sci. Adv. 1, 1400185(2015).</li>
<li>Lin, K., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.92.013410">Visualizing molecular unidirectional rotation.</a> Phys. Rev. A. 92, 013410(2015).</li>
<li>Korobenko, A., Hepburn, J. W., Milner, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+nondispersing+classical-like+molecular+rotation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Observation of nondispersing classical-like molecular rotation.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 951-956 (2015).</li>
<li>Whitaker, B. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWhitaker%2C+BJ+%22Imaging+in+Molecular+Dynamics%22">Imaging in Molecular Dynamics</a>. , Cambridge University Press. (2003).</li>
<li>Ullrich, J., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/66/9/203/meta">Recoil-ion and electron momentum spectroscopy: reaction-microscopes.</a> Rep. Prog. Phys. 66, 1463(2003).</li>
<li>Lee, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coincidence+ion+imaging+with+a+fast+frame+camera%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">Coincidence ion imaging with a fast frame camera.</a> Rev Sci Instrum. 85, 123303(2014).</li>
<li>Lee, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Communication%3A+Time-+and+space-sliced+velocity+map+electron+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Communication: Time- and space-sliced velocity map electron imaging.</a> J. Chem. Phys. 141, 221101(2014).</li>
<li>John, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/7/08/C08001/meta">PImMS, a fast event-triggered monolithic pixel detector with storage of multiple timestamps.</a> Journal of Instrumentation. 7, 8001(2012).</li>
<li>Nomerotski, A., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/5/07/C07007">Pixel Imaging Mass Spectrometry with fast and intelligent Pixel detectors.</a> Journal of Instrumentation. 5, 07007(2010).</li>
<li>Luria, K., Christen, W., Even, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+and+Propagation+of+Intense+Supersonic+Beams%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+A%22%5BJournal%5D)">Generation and Propagation of Intense Supersonic Beams.</a> J. Phys. Chem. A. 115, 7362-7367 (2011).</li>
<li>Eppink, A. T. J. B., Parker, D. H. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1148310">Velocity map imaging of ions and electrons using electrostatic lenses: Application in photoelectron and photofragment ion imaging of molecular oxygen.</a> Rev. Sci. Instrum. 68, 3477-3484 (1997).</li>
<li>Gebhardt, C. R., Rakitzis, T. P., Samartzis, P. C., Ladopoulos, V., Kitsopoulos, T. N. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1403010">Slice imaging: A new approach to ion imaging and velocity mapping.</a> Rev. Sci. Instrum. 72, 3848(2001).</li>
<li>Stöhr, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSt%C3%B6hr%2C+J+%22NEXAFS+Spectroscopy%22">NEXAFS Spectroscopy</a>. , Springer. 132(1992).</li>
<li>Siders, C. W., Siders, J. L. W., Taylor, A. J., Park, S. -G., Weiner, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+High-Energy+Pulse-Train+Generation+Using+a+2+n-Pulse+Michelson+Interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Efficient High-Energy Pulse-Train Generation Using a 2 n-Pulse Michelson Interferometer.</a> Appl. Opt. 37, 5302-5305 (1998).</li>
<li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Determination+of+Absolute+Molecular+Stereochemistry+in+Gas+Phase+by+Coulomb+Explosion+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Direct Determination of Absolute Molecular Stereochemistry in Gas Phase by Coulomb Explosion Imaging.</a> Science. 341, 1096-1100 (2013).</li>
<li>Rakitzis, T. P., Samartzis, P. C., Kitsopoulos, T. N. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.480396">Observing the symmetry breaking in the angular distributions of oriented photofragments using velocity mapping.</a> J. Chem. Phys. 111, 10415(1999).</li>
<li>Chang, B. -Y., Hoetzlein, R. C., Mueller, J. A., Geiser, J. D., Houston, P. L. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1148824">Improved two-dimensional product imaging: The real-time ion-counting method.</a> Rev. Sci. Instrum. 69, 1665(1998).</li>
<li>Wiley, W. C., McLaren, I. H. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1715212">Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution.</a> Rev. Sci. Instrum. 26, 1150(1955).</li>
<li>Townsend, D., Minitti, M. P., Suits, A. G. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1544053">Direct current slice imaging.</a> Rev. Sci. Instrum. 74, 2530(2003).</li>
<li>Wu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+crossed+molecular+beam+apparatus+using+time-sliced+ion+velocity+imaging+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">A new crossed molecular beam apparatus using time-sliced ion velocity imaging technique.</a> Rev. Sci. Instrum. 79, 094104(2008).</li>
<li>Treacy, E. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/1076303/">Optical pulse compression with diffraction gratings.</a> Quantum Electronics, IEEE Journal of. 5, 454-458 (1969).</li>
<li>Dörner, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037015739900109X">Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy: a 'momentum microscope' to view atomic collision dynamics.</a> Physics Reports. 330, 95-192 (2000).</li>
<li>Herwig, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+the+Absolute+Configuration+of+a+Chiral+Epoxide+in+the+Gas+Phase%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Imaging the Absolute Configuration of a Chiral Epoxide in the Gas Phase.</a> Science. 342, 1084-1086 (2013).</li>
<li>Suzuki, Y. -I., Suzuki, T. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.91.053413">Linear and circular dichroism in photoelectron angular distributions caused by electron correlation.</a> Phys. Rev. A. 91, 053413(2015).</li>
</ol>

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

الإجراء الحالي تمكننا من التقاط فيلم في الوقت الحقيقي من دوران الجزيئي مع إعداد 2D التصوير القائم على الشق. لأن أيونات احظ تمر عبر فتحة، خطوة 1.5 هي واحدة من الخطوات الحاسمة. يجب أن تكون حواف ريش فتحة حاد. عندما يكون هناك خلل صغير، مثل دنت 0.3 ملم في الشق، لوحظ الصفر في صورة أيون (الشكل 6). في مثل هذه الحالة، يجب أن تكون مصقولة شفرة شق مع 2000 حصى ورق زجاج الرطب. وبصرف النظر عن زاوية الكاميرا الف...

من أجل فهم أعمق واستخدام أفضل لطبيعة ديناميكية الجزيئات، فإنه من الضروري وضع تصور واضح الاقتراحات الجزيئية من الفائدة. وقت حل كولوم انفجار التصوير هو واحد من الطرق القوية لتحقيق هذا الهدف 1 و 2 و 3. في هذا النهج، وبدأت ديناميات الجزيئية من الاهتمام من قبل حقل الليزر مضخة القصر ومن ثم يتم بحثها من قبل الذي تأخر الوقت مسبار النبض. بعد التشعيع التحقيق، والمتأينة تتكاثر الجزيئات واقتحام أيونات جزء بسبب تنافر كولومب. التوزيع المكاني للأيونات طرد هو قياس التركيب الجزيئي والتوجه المكاني في تشعيع التحقيق. تسلسل القياس مسح تأخير الوقت مضخة مسبار يؤدي إلى خلق فيلم الجزيئي. ومن الجدير بالذكر أنه لأبسط حالة - ثنائي الذرة - توزيع الزاوي للأيونات طرديعكس بشكل مباشر على توزيع محور الجزيئية (أي مربع التناوب الدالة الموجية). وفيما يتعلق بعملية ضخ، وقد أدى التقدم الذي أحرز مؤخرا في السيطرة متماسكة من حركة الجزيئات باستخدام حقول ليزر فائقة القصر إلى خلق رقابة شديدة الحزم موجة التناوب 4، 5. وعلاوة على ذلك، فإن اتجاه دوران يمكن التحكم بنشاط باستخدام حقل التي تسيطر عليها الاستقطاب الليزر 6 و 7 و 8. ولذلك كان من المتوقع أن صورة تفصيلية عن دوران الجزيئي، بما في ذلك الطبيعة موجة، يمكن تصوره عندما يتم الجمع بين تقنية التصوير انفجار كولوم مع هذه العملية ضخ 9، 10، 11، 12، 13. ومع ذلك، لدينا بعضمرة تواجه صعوبات التجريبية المرتبطة طرق التصوير الموجودة، كما هو مذكور أدناه. والغرض من هذه الورقة هو تقديم طريقة جديدة للتغلب على هذه الصعوبات وخلق الفيلم بجودة عالية من الحزم موجة التناوب الجزيئية. الفيلم التجريبي الأول من دوران الجزيئية التي اتخذت مع الطريقة الحالية، جنبا إلى جنب مع الآثار المادية، وعرضت في الورقة السابقة لدينا 11. سيتم إعطاء خلفية للتنمية، فإن الجانب النظري التفصيلي للتقنية التصوير الحالية، ومقارنة مع غيرها من التقنيات الموجودة في ورقة المقبلة. هنا، سوف نركز بشكل رئيسي على الجوانب العملية والتقنية لهذا الإجراء، بما في ذلك الجمع من الإعداد البصرية نموذجي مضخة مسبار وجهاز التصوير الجديد. كما هو الحال في ورقة سابقة، الهدف هو نظام باتجاه وتناوب جزيئات النيتروجين 11. صعوبة التجريبية الرئيسية للالإعداد والتصوير، كما هو موضح في الشكل رقم 1 تخطيطي الحالية، ليس له اي علاقة مع موقف كاشف، أو زاوية الكاميرا. لأن محور الدوران يتزامن مع نشر الليزر محور 6 و 7 و 8 في تناوب الجزيئية التي يسببها الليزر الميدان، أنه ليس من العملي لتثبيت جهاز لكشف على طول محور الدوران. عند تثبيت كاشف وذلك لتجنب أشعة الليزر، وزاوية الكاميرا يتوافق مع ملاحظة الجانب الدوران. في هذه الحالة، فإنه من المستحيل لإعادة توجيه الأصلي من جزيئات من الصورة (2D) أيون المتوقعة 14. و3D كاشف 14، 15، 16، 17، 18، 19 التصوير، والتي في وقت وصول لكشف العلوي وIMPAC أيونويمكن قياس مواقف ر، وعرضت بطريقة فريدة من نوعها لمراقبة مباشرة دوران الجزيئي باستخدام كولوم انفجار التصوير 10 و 12. ومع ذلك، فإن التهم أيون مقبولة لكل طلقة ليزر منخفضة (عادة &lt;10 أيونات) في كشف 3D، وهذا يعني أنه من الصعب لخلق فيلم طويل من الحركة الجزيئية مع صورة عالية الجودة 14. في الوقت الميت من أجهزة الكشف عن (عادة م) يؤثر أيضا على دقة وضوح الصورة والكفاءة التصوير. كما أنه ليس من مهمة بسيطة لجعل جيدة مضخة مسبار شعاع التداخل من خلال رصد صورة أيون في الوقت الحقيقي مع معدل تكرار الليزر &lt;1 كيلو هرتز ~. على الرغم من أن العديد من الجماعات وقد لاحظ الحزم موجة التناوب باستخدام تقنية 3D، والمعلومات المكانية المحدودة و / أو مباشرة، ووضع تصور مفصل لطبيعة الموجة، بما في ذلك الهياكل العقدي معقدة، لم تحقق 10 و 12. جوهرتقنية التصوير الجديدة هي استخدام &quot;زاوية الكاميرا الجديدة&quot; في الشكل 1. في هذا التكوين، يتم تجنب أشعة الليزر التعرض للكاشف في حين كشف 2D موازية للطائرة التناوب، مما أدى إلى المراقبة من اتجاه محور الدوران. الشق يسمح فقط لايون في الطائرة التناوب (الطائرة استقطاب نبضات ليزر) للمساهمة في الصورة. كاشف 2D، الذي يوفر معدل عدد العالي (عادة ~ 100 الأيونات) من جهاز كشف 3D، ويمكن استخدامها. الإعداد للإلكترونيات أبسط مما كانت عليه في حالة اكتشاف 3D، في حين أن كفاءة قياس أعلى. إعادة الإعمار الرياضية، مثل هابيل انقلاب 14 تستغرق وقتا طويلا، كما لا حاجة لاستخراج المعلومات الزاوي. هذه الميزات تؤدي إلى التحسين من السهل لنظام القياس وإنتاج أفلام ذات جودة عالية. جهاز القياسية 2D / 3D اتهم الجسيمات التصوير يمكن تعديلها بسهولة لwitho الإعداد الحاليحزب التحرير استخدام معدات باهظة الثمن.

<table><tbody><tr><td>كاميرا CMOS</td><td>توشيبا تيلي</td><td>BU-238M-ES</td><td>مجهزة بمستشعر SONY IMX174</td></tr><tr><td>مفتاح الجهد العالي</td><td>Behlke</td><td>HTS-41-03-GSM</td><td></td></tr> مفتاح <tr><td>الجهد العالي</td><td>Behlke</td><td>HTS-80-03</td><td></td></tr><tr><td>مولد التأخير الرقمي</td> أنظمة <td>أبحاث ستانفورد</td><td>DG535</td><td></td></tr><tr><td>مولد التأخير الرقمي</td><td>أنظمة أبحاث ستانفورد</td><td>DG645</td><td></td></tr><tr><td>لوحة Microchannel</td><td>Photonis</td><td>3075</td><td></td></tr><tr><td>صمام نابض</td><td>LAMID LTD</td><td>صمام Even-Lavie &nbsp;</td><td>التكرار العالي ، نموذج درجة حرارة الغرفة</td></tr><tr><td>كاشطات الشعاع الجزيئي</td><td>معهد العلوم الجزيئية</td><td>13C11</td><td>3 و 1.5 مم ثقب مركزي ، زاوية داخلية كاملة 25 درجة ، وطول ~ 50 مم</td></tr><tr><td>مقارنة بصرية</td><td>نيكون</td><td>V-24B</td><td></td></tr><tr><td>DPSS منارة الليزر</td><td>الضوئيات</td><td>تنبت</td><td></td></tr><tr><td>فيمتو ثانية Ti: مذبذب الياقوت</td><td>KMLabs</td><td>Halcyon</td><td></td></tr><tr><td>Femtosecond Ti: مكبر للصوت</td> <td>الياقوتQuantronix</td><td>Odin-II HE</td><td></td></tr><tr><td>المرحلة الخطية الآلية</td><td>Sigma Koki</td><td>KST (GS) -100X</td><td></td></tr><tr><td>دليل المرحلة X</td><td>Sigma Koki</td><td>TSD-601S</td><td></td></tr><tr><td>حامل مرآة عالي الدقة</td><td>Newport</td><td>Suprema SX100-F2KN-254</td><td></td></tr><tr><td>حامل مرآة عالي الدقة</td><td>LIOP-TEC GmbH</td><td>SR100-100R-2-HS</td><td></td></tr> نموذج <tr><td>مدقق الاستقطاب</td><td> الأجهزة، وشركة</td><td>O-tool VIS</td><td></td></tr><tr><td>واجهة اتصال الصك</td><td>الوطنية الوطنية</td><td>NI-MAX</td><td></td></tr><tr><td>بيئة التطوير الرسومية لبرامج القياس</td><td></td><td>National Instruments Labview 2014</td><td></td></tr><tr><td>مرآة عازلة لخط الليزر</td><td>CVI / LEO</td><td>TLM2-400 / 800-45UNP</td><td></td></tr><tr><td>مرآة عازلة لخط الليزر</td><td>Altechna</td><td>Low GDD مرآة</td> <td>فائقة السرعة</td></tr><tr><td>مرآة عازلة لخط الليزر</td><td>Altechna</td><td>Low GDD مرآة</td><td></td>فائقة السرعة</tr><tr><td>مستقطب فيمتو ثانية</td><td>أغشية رقيقة متقدمة</td><td>PBS-GVD</td><td></td></tr></tbody></table>

التصوير المباشر مدفوعة الليزر فائق السرعة الجزيئية دوران

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

نقدم طريقة لتصور الليزر التي يسببها، فائق السرعة الجزيئية التناوب ديناميات موجة الحزمة. لقد قمنا بتطوير كولوم الإعداد انفجار التصوير 2-الأبعاد الجديد الذي يتحقق زاوية الكاميرا حتى الآن، غير عملي. في تقنية التصوير لدينا، والمشع ثنائي الذرة مع نبضة ليزر قوي الاستقطاب دائري. وتسارعت وأيونات ذرية طرد عموديا على نشر الليزر. ويتم اختيار أيونات الكذب في الطائرة الاستقطاب الليزر من خلال استخدام فتحة الميكانيكية وتصوير مع الإنتاجية العالية، كاشف 2-الأبعاد تثبيت موازية لطائرة الاستقطاب. بسبب استخدام الاستقطاب دائري (الخواص) كولوم نبض تنفجر، والتوزيع الزاوي لاحظ من أيونات طرد يقابل مباشرة إلى وظيفة موجة التناوب المربعة في وقت أشعة النبض. لإنشاء الفيلم في الوقت الحقيقي من دوران الجزيئي، يتم الجمع بين تقنية التصوير الحالية مع الفيمتو ثانية مضخة مسبار سالإعداد ptical التي النبضات مضخة خلق باتجاه وتدور الفرق الجزيئية. نظرا لسرعة نقل صورة عالية من نظام الكشف لدينا، وحالة تجريبية مضخة مسبار يمكن أن يكون الأمثل بسهولة من خلال رصد لقطة في الوقت الحقيقي. ونتيجة لذلك، فإن جودة الفيلم لاحظ مرتفعة بما فيه الكفاية لتصور طبيعة موجة تفصيلية للحركة. ونلاحظ أيضا أن التقنية الحالية يمكن تنفيذها في الاجهزة القائمة التصوير مستوى أيون، وتقدم زاوية الكاميرا الجديدة أو وجهة نظر لأنظمة الجزيئية دون الحاجة إلى تعديل واسع.

ويبين الشكل 4A صورة الخام التحقيق الوحيد للN 2+ أيون طرد على تحقيق إشعاع (انفجار كولوم)، التي اتخذت لاطلاق النار ليزر التحقيق واحدا. كل بقعة مشرقة يناظر أيون واحد. ويبين الشكل 4B صورة لخص 10،000 binarized صور الكاميرا الخام. وتظهر هذه الصور التي الإعداد والتصوير لدينا يمكن رصد جزيئات من جميع الزوايا التوجه في الطائرة الاستقطاب. ويبين الشكل 4C</strong...

نقدم بروتوكولا لإنشاء فيلم في الوقت الفعلي لحزمة موجة دورانية جزيئية باستخدام إعداد تصوير انفجار كولوم عالي الدقة.

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb ...

بشكل عام ، الهدف من هذه التجربة هو التقاط لقطات عالية الدقة في الوقت الفعلي للدوران الجزيئي فائق السرعة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال ميكانيكا الكم والكيمياء الفيزيائية مثل العلاقة بين الحركة الجزيئية الكمومية وعالم الميكانيكا الكلاسيكية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكننا إجراء تصوير عالي الدقة وعالي الإنتاجية في الوقت الفعلي للجزيئات من زاوية الكاميرا التي لم يتم تحقيقها من قبل.يمكن أن توفر هذه الطريقة نظرة ثاقبة لديناميكيات دوران الجزيئات. يمكن تطبيقه أيضا على أنظمة أخرى مثل الجزيئات الموجهة وإجراءات موارد الصور. تتكون المعدات اللازمة للتجربة من مكونين رئيسيين.الأول هو جهاز تصوير شرائح ثنائي الأبعاد تم إنشاؤه في غرفة مفرغة. يوفر هذا التخطيطي فكرة عما بداخل الغرفة. بعد الليزر ، جزيئات ثنائية الذرة المؤينة.هناك عناصر بصرية أيونية لتوجيه منتجات التأين. يوجد شق لتحديد الأيونات في مستوى الاستقطاب بالليزر وقطب كهربائي يعمل كمبيد نبضي. يوجه الأيونات إلى كاشف متوازي يتكون من ألواح microchannel مدعومة بشاشة فوسفورية.المكون الثاني هو الإعداد البصري لمسبار المضخة. كما هو موضح في التخطيطي ، يستخدم الإعداد مضخم ليزر من التيتانيوم الياقوت لإنشاء ثلاث نبضات متساوية في الثانية. النبضة الأولى مستقطبة خطيا بطول موجي مركزي يبلغ 820 نانومتر وهي مخصصة للمحاذاة الجزيئية.النبضة الثانية إذا كان للتحكم في الاتجاه. إنها نسخة طبق الأصل متأخرة من النبضة الأولى ، باستثناء الاستقطاب الخطي المائل 45 درجة بالنسبة للنبضة الأولى. النبضة الثالثة هي مسبار تصوير انفجار كولوم.يبلغ حجمه 407 نانومتر ، مستقطب دائريا ، ويستمر 100 فيمتو ثانية. تدخل هذه النبضات الثلاث إلى غرفة التفريغ على طول نفس المسار. تتمثل إحدى الخطوات المهمة في ضبط حالة استقطاب النبضات باستخدام مدقق الاستقطاب.يسمح هذا المدقق بتصور حالة الاستقطاب من خلال شدة الإرسال المعتمدة على زاوية الاستقطاب. قم بتثبيت مدقق الاستقطاب في مسار الشعاع قبل دخوله إلى الغرفة مباشرة. ركز على حالة الاستقطاب لمسبار التصوير.الهدف هو الاستقطاب الدائري. لتغيير الاستقطاب ، استخدم لوحات الموجة في مسار النبضة. اضبط لوحات الموجة في حواملها البصرية الدورانية.توقف عندما يشير المدقق إلى أن الاستقطاب دائري. اتبع إجراء مماثلا مع نبض واحد عن طريق ضبط لوحات الموجة الخاصة به. في النهاية ، يجب أن تكون زاوية الاستقطاب عمودية.قم بمعالجة الألواح الموجية للنبضة الثانية لإنتاج استقطاب خطي حيث تكون الزاوية عند 45 درجة بالنسبة لزاوية النبضة الأولى. قم بإزالة مدقق الاستقطاب وتفريغ النفايات من مسار الشعاع وأكمل استعدادات الإعداد الأخرى. يجب تحسين التداخل الزمني للنبضات تقريبا.للقيام بذلك ، يجب تركيب أربعة عناصر قبل عدسة التركيز في النظام مباشرة. الأول في المسار هو نافذة بصرية بسمك عدسة التركيز ونافذة الغرفة مجتمعة. التالي هو بلورة غير خطية ذات استجابة غير خطية فقط عندما تتفاعل المضخة والمسبار في وقت واحد.الثالث على طول المسار هو منشور التشتت. أخيرا ، هناك ورقة بيضاء لتسجيل الإشارة غير الخطية. العمل مع المضخة شعاع واحد ونبض المسبار عن طريق وضع تفريغ شعاع على شعاع المضخة.ابحث عن إشارة توافقية ثالثة باستخدام المرحلة الآلية. اضغط على زر الحركة في وحدة التحكم في المسرح لمسح الإشارة الثالثة والبحث عنها. ستشير الورقة الموجودة في مسار الشعاع إلى الإشارة التوافقية بمضان أزرق أبيض.بعد ذلك ، قم بفك المضخة الثانية ومضخة الكتلة واحدة باستخدام شاحنة قلابة شعاعية. استخدم المرحلة اليدوية في المضخة سطرين لضبط مسار الشعاع. امسح المرحلة القائمة على الميكرومتر حتى يحدث الانبعاث التوافقي الثالث.يكتمل تحديد الوقت صفر أو التداخل الزمني عندما يكون التألق مرئيا على الورق. قبل المتابعة ، قم بإزالة جميع العناصر التي تمت إضافتها إلى خط الحزمة للعثور على التداخل الزمني. الجانب الفريد لإعداد القياس هو وضع الكاميرا.كما هو مقترح في هذا التخطيطي ، يكون سطح الكاشف عموديا على مستوى الاستقطاب بالليزر. محور الكاميرا عمودي على سطح الكاشف وبالتالي مواز لخط انتشار الليزر. قم بتثبيت كاميرا رقمية على العمود البصري أمام منفذ عرض الفراغ لضمان توجيهها بشكل صحيح.بالإضافة إلى ذلك ، قم بتثبيت مروحة تبريد خلف الكاميرا. لتقليل الضوء غير المرغوب فيه، قم بلف ستارة فوق المنطقة الواقعة بين منفذ العرض والعدسة. مع توصيل الكاميرا بالكمبيوتر، ابدأ تشغيل برنامج التحكم وقم بزيادة كسب الكاميرا إلى أقصى حد.ابدأ في التقاط الصور الناتجة عن التأين الجزيئي. يجب أن تغطي صور الكاميرا سطح الكاشف بالكامل عندما تكون الكاميرا في وضع صحيح. استمر في مراقبة الصور الملتقطة لضبط تركيز الكاميرا.يجب أن يكون حجم البقع الناتجة عن الأيونات حادا وصغيرا قدر الإمكان. بالنسبة للقياسات ، ابحث أولا عن الإشارة وقم بتحسين إعدادات التصوير الأيوني. للقيام بذلك ، استخدم فقط نبضة المسبار عن طريق حجب حزم نبض المضخة.ينتقل النبض عبر عدسة محدبة بلانو لتركيزها على الحزم الجزيئية. يحدد مولد النبض وقت مفاتيح الجهد العالي للبصريات الأيونية. اضبطه على وقت الوصول المقدر لأيونات جزيء النيتروجين.راقب الصورة الأيونية أثناء ضبط موضع العدسة ووقت نبض الغاز للحصول على أكبر صورة وأكثرها سطوعا. بعد ذلك ، استخدم مولد النبض لتغيير وقت مفاتيح الجهد العالي. إستعمال الوقت ل [كولومب] ينفجر مزدوجة يتأين نيتروجين قناة.في الكمبيوتر ، قلل معدل إطارات الكاميرا وقم بزيادة وقت التعريض الضوئي. بالإضافة إلى ذلك ، اضبط التحيزات البصرية الأيونية بحيث يصبح توزيع الأيونات المرصود بيضاوي غير مشوه. انتقل إلى إيجاد التداخل المكاني لمسبار المضخة.قم بفك المضخة واحدة ، لكن حافظ على المضخة الثانية مسدودة. استفد من التلسكوب لوضع نفايات شعاع نبض المضخة في مرآة عالية الدقة لتغيير موضع الحزمة. أثناء ضبط التلسكوب ، راقب البقعة بسبب نبضات المضخة.عندما يرى أصغر حجم بقعة ، تكون نفايات الحزمة في الحزمة الجزيئية. استمر من خلال التأكد من أن نبضة المسبار تصور الجزيئات التي تشعيها نبضة المضخة. يتطلب ذلك تحريك مرحلة التأخير من موضع الصفر.بالنسبة للنيتروجين ، حرك المرحلة الآلية حوالي 600 ميكرومتر للأمام. بما أن في هذا مثال, الصورة سابقا متناحية, سوفت أصبح بقوة متباينة الخواص على طول الاتجاه من مضخة واحدة استقطاب. في هذه المرحلة ، قم بكتلة المضخة واحدة وفك المضخة اثنين.استخدم مرآة عالية الدقة اثنين للعثور على تداخل مسبار المضخة. اضبط المرآة مع الحفاظ على المسار البصري للمضخة دون تغيير. يجب أن تكون المحاذاة على طول الزاوية المائلة لاتجاه الاستقطاب للمضخة الثانية فيما يتعلق باستقطاب المضخة الأولى.لمراقبة ديناميكيات الدوران أحادي الاتجاه ، قم بفك حظر كل من حزم المضخة. استخدم مرحلة التأخير اليدوية لضبط التأخير بين عوارض المضخة. اضبط المرحلة على أربع بيكو ثانية في حالة النيتروجين الجزيئي.قم بإعداد المرحلة الآلية في شعاع المسبار لمسح تأخيرات المسبار. تحقق لتحديد ما إذا كان يمكن التعرف على الدوران أحادي الاتجاه في صور الكاميرا أثناء مسح تأخير المسبار. بالنسبة لفيلم الدوران الجزيئي أحادي الاتجاه، قم بتغيير معدل إطارات الكاميرا ووقت التعرض.استخدم التحكم في الكمبيوتر لجمع البيانات وتجاوز قيم وقت الفحص. هذه صورة أولية فقط للنيتروجين المتأين المزدوج الذي تم إخراجه بعد طلقة واحدة من تشعيع المسبار. كل نقطة مضيئة تتوافق مع أيون.يتم إنتاج هذه الصورة عندما يتم تلخيص 10،000 من هذه الصور الثنائية. حجم المساحة الحقيقية هو 80 ملم × 50 ملم. لاحظ أنه يتم استخدام اللون الزائف لإظهار شدة الإشارة.في النهاية ، يمكن استخدام البيانات لإنشاء مخطط قطبي طبيعي بقيمة شعاعية تتناسب مع الاحتمال المعتمد على الزاوية. يتم تقديم دليل واضح على الدوران الجزيئي أحادي الاتجاه في هذه السلسلة من اللقطات المختارة التي تم التقاطها بعد التشعيع بنبضتين للمضخة. هناك ثلاث سلاسل.يحتوي أحدهما على الصورة الأيونية التي تم فيها تحويل الشكل الإهليلجي إلى دائرة. والثاني له مؤامرة قطبية مقابلة. أخيرا ، هناك سلسلة تم إنشاؤها باستخدام نموذج تم إنشاؤه باستخدام صور متداخلة للدمبل بزوايا اتجاه مختلفة ، مرجحة مع الاحتمالات الزاوية المرصودة.بعد ظهورها لأول مرة ، مهدت هذه التقنية الطرق للباحثين في مجال العلوم الجزيئية لاستكشاف الطبيعة الكمومية للدوران الجزيئي. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية التحكم في الدوران الجزيئي فائق السرعة وتصوره باستخدام نبضات ليزر مسدس فيزر.

direct-imaging-of-laser-driven-ultrafast-molecular-rotation

Research

JoVE Journal

Chemistry

الكيمياء

وقد برزت مضان التصوير العمر (فليم) كأسلوب رئيسي لصورة البيئة وتفاعل بروتينات معينة، والأصباغ في الخلايا الحية. فليم من الدوارات الجزيئية فلوري يسمح رسم الخرائط من اللزوجة في الخلايا الحية.

مضان التصوير عمر الدوار الجزيئية في الخلايا الحية

يصف هذا الفيديو طريقة لتصور تجميع مكثفات بروتين الاندماج على جزيئات الحمض النووي في مواقع محددة باستخدام التصوير أحادي الجزيء. تتشكل هذه المكثفات بسبب تفاعلات LCD-LCD و LCD-DBD ، والتي تسمح بتجنيد بوليميراز الحمض النووي الريبي II وتحسين نسخ الجينات.

تصوير أحادي الجزيء لتصور تجميع مكثفات بروتين الاندماج على ستائر الحمض النووي

نصف توليد الأشعة تحت الحمراء البعيدة باستخدام ليزر جزيئي ضخ بصريا جنبا إلى جنب مع قياس تردداتها بتقنيات غير متجانسة. يتم إثبات النظام والتقنيات التجريبية باستخدام ثنائي فلورو الميثان (CH2F2) كوسيط ليزر تشمل نتائجه ثلاث انبعاثات ليزر جديدة وثمانية ترددات ليزر مقاسة.

تميز الانبعاثات ليزر الأشعة تحت الحمراء البعيدة وقياس تردداتها

نقدم طريقة قيادة بارامترية لتبريد غاز فيرمي فائق البرودة في مصيدة ثنائية القطب بصرية متقاطعة. تزيل هذه الطريقة بشكل انتقائي ذرات الطاقة العالية من المصيدة عن طريق تعديل عمق المصيدة بشكل دوري بترددات يتردد صداها مع المكونات اللاتوافقية لإمكانات الاصطياد.

التبريد والمحاصرين بصريا الشديدة البرودة فيرمي الغاز من قبل القيادة الدورية

للأنواع الصغيرة من مراوان، "تصوير الانفجار كولومب" يقدم نهجاً جديداً لتحديد استخدام إحدى اليدين الجزيئات الفردية.

تصوير الانفجار كولومب كأداة للتمييز بين الفراغية

وهنا، نقدم البروتوكولات التحليلات التفاضلية-الكشف لحل وقت الأشعة تحت الحمراء الذبذبات التحليل الطيفي والالكترون الحيود التي تمكن ملاحظات تشوهات الهياكل المحلية حول الجزيئات فوتوكسسيتيد في عمودي الكريستال السائل، إعطاء وجهة نظر الذري على العلاقة بين البنية وديناميات هذه المواد فوتواكتيفي.

تقنيات الرواية لمراقبة ديناميات الهيكلية من بلورات سائلة فوتوريسبونسيفي

يمكن المحاصرين في السوائل nanorods الذهب plasmonic واستدارة ترددات كيلوهرتز استخدام ملاقط بصرية الاستقطاب دائري. إدخال أدوات لتحليل ديناميات براونية والخفيفة سكاتيرينجسبيكتروسكوبي يؤدي إلى نظام قوي للبحوث والتطبيقات في مجالات عديدة من العلوم.

تشييد وتشغيل نظام موتور يحركها الضوء الروتاري نانورود الذهب

نقدم بروتوكول لسبر كوهيرينسيس الذبذبات فائق السرعة في polyatomic الكاتيونات جذرية تؤدي إلى تفكك الجزيئية.

قياس كوهيرينسيس الذبذبات فائق السرعة في Polyatomic الكاتيونات جذرية مع قوي-حقل ثابت التأين

المخطوطة توضح كيفية توليف و graft محرك جزيئية على الأسطح للتصوير الجزيئي بمفرده.

المحركات الجزيئية يحركها الضوء على الأسطح للتصوير الجزيئي واحد

يتم وصف تفاصيل إنشاء الإشارة وتحسينها والقياس والحصول على البيانات ومعالجة البيانات لمطياف RAMan المحفز ة على وقت femtosecond. وتحفز الأشعة تحت الحمراء بالقرب من دراسة رامان على ديناميات متحمس الدولة من β كاروتين في التولوين يظهر كتطبيق تمثيلي.

فائق السرعة الوقت حل بالقرب من الأشعة تحت الحمراء حفز اختبارات رامان من أنظمة وظيفية مشبهة

تعلم التصوير فائق السرعة للدوران الجزيئي باستخدام تقنية انفجار كولوم. تُتيح هذه الطريقة التقاط صور عالية الدقة في الوقت الفعلي لفهم ديناميكيات الجزيئات الكمية.

التصوير المباشر مدفوعة الليزر فائق السرعة الجزيئية دوران

استكشف المزيد من الفيديوهات