Article de méthode

Manipulation de l'unité Molécules contrôlée main via un microscope à balayage de la sonde avec une interface de réalité virtuelle 3D

DOI :

10.3791/54506

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2 octobre 2016

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1Peter Grünberg Institut (PGI-3), Forschungszentrum Jülich, 2Fundamentals of Future Information Technology, Jülich Aachen Research Alliance (JARA)

Dans cet article

Résumé

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Nous démontrons la manipulation précise de molécules organiques individuelles sur une surface métallique avec la pointe d’un microscope à sonde à balayage piloté en 3D par la main de l’expérimentateur à l’aide d’un système de capture de mouvement et de lunettes de réalité virtuelle totalement immersives.

Résumé

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Considérant les molécules organiques comme les blocs de construction fonctionnels de la future technologie nanométrique, la question de la façon d'organiser et d'assembler ces blocs de construction dans une approche bottom-up est toujours ouverte. Le microscope à sonde à balayage (SPM) pourrait être un outil de choix; Cependant, la manipulation à base SPM a été jusqu'à récemment limité à deux dimensions (2D). Reliure la pointe de SPM à une molécule à une position bien définie ouvre la possibilité de manipulation contrôlée dans l'espace 3D. Malheureusement, la manipulation 3D est essentiellement incompatible avec le modèle 2D typique des données de visualisation et la génération SPM sur un ordinateur. Pour une manipulation intuitive et efficace nous donc coupler une basse température sans contact force / balayage atomique microscope à effet tunnel (LT NC-AFM / STM) à un système de capture de mouvement et totalement immersive lunettes de réalité virtuelle. Cette configuration permet "manipulation contrôlée de la main" (HCM), dans laquelle la pointe de SPM est déplacé en fonction du mouvement de la main de l'expérimentateur, wien que les trajectoires de pointe ainsi que la réponse de la jonction SPM sont visualisés en 3D. HCM ouvre la voie à l'élaboration de protocoles de manipulation complexes, pouvant conduire à une meilleure compréhension fondamentale des interactions à l'échelle nanométrique agissant entre les molécules sur les surfaces. Nous décrivons ici la configuration et les étapes nécessaires à la réalisation réussie de manipulation moléculaire contrôlée à la main dans l'environnement de réalité virtuelle.

Introduction

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Le sans contact force / balayage atomique microscope à effet tunnel à basse température (LT NC-AFM / STM, dans ce qui suit simplement appelé SPM) est l'outil de choix pour la manipulation atomiquement précise des atomes ou des molécules 1 individuelles - 3. la manipulation basée SPM est généralement limitée à deux dimensions et se compose d'une série d'événements de manipulation brusque et souvent aléatoires (sauts). Cela limite essentiellement le contrôle sur le processus. Contacter la molécule en question par une liaison chimique simple à une position atomique bien définie conduit à une approche qui peut surmonter ces limitations

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Protocole

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Attention: PTCDA peut être irritant pour la peau ou les yeux et doit donc être manipulé avec précaution en utilisant des gants appropriés. S'il vous plaît consulter les brochures de sécurité appropriées. Les liquides cryogéniques peuvent produire des effets sur la peau semblable à une brûlure thermique ou peuvent provoquer des gelures en cas d'exposition prolongée. Toujours porter des lunettes de sécurité et des gants cryogéniques appropriés lors de la manipulation des liquides cryogéniques. Le gaz formé par des liquides cryogéniques est très froid et généralement plus lourds que l'air et peut s'accumuler près de l'air du sol déplacement. Quand il n'y a pas assez ....

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Résultats

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Note: Cette partie montre les travaux publiés dans 7,8.

Application HCM au problème de levage PTCDA / Ag (111) sur une couche, nous avons été en mesure d'écrire un motif en enlevant séquentiellement des molécules individuelles (Figure 9). Au total 48 molécules ont été enlevées, dont 40 pourraient être redépose à l'Ag propre (111), montrant que les molécules restent intactes pendant .......

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Discussion

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Comme d'autres méthodes basées sur la SPM, les expériences de manipulation moléculaire décrits dans le présent document dépendent aussi dans une certaine mesure sur les propriétés de la pointe de SPM. La structure apex pointe (qui ne peut être totalement contrôlé) détermine la force de la liaison pointe-molécule. D'où la force du contact pointe-molécule peut varier considérablement et donc parfois peut être trop faible. Ainsi dans le protocole, nous référons à certains tests de base de procédures de qualité de p.......

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont rien à divulguer et n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Remerciements

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Les auteurs n’ont aucune reconnaissance.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
LN2attention : liquide cryogénique
LHeprudence : liquide cryogénique
PTCDAattention : substance irritante
Cellule Knudsen (cellulepersonnalisée
ErLEEDSpécificationsutilisées avec l’alimentation électrique ErLEED 1 000 A
combient LT NC-AFM/STMCapteur Createc
qPlusTFSCreatec
Amplificateur Createcdiapason fixé sur blindage LN2 (étage 1)
Préamplificateur de tension à faible bruitStandford Research SystemSR560Amplificateur externe pour signal de diapason (étage 2)
Amplificateur de courant à faible bruit à gain variableFemtoAmplificateur DLPCA-200pour courant tunnel
BonitaViconB10, SN : MXBN-0B10-3658Caméra IR MCS Dispositif d’interaction
ApexViconSN : AP0062Objet traçable MCS (TO)
MX Baguette d’étalonnageViconMCS objet d’étalonnage
TrackerLogiciel ViconMCS
Alimentation entension série BSstahl-electronicsBS 1-4
Amplificateur de sommation RVS  ;personnalisé, gain 1, basé sur l’amplificateur opérationnel TL072
Oculus Rrift Development Kit 2Oculus VRHMD
TipControllogiciel écrit sur mesure
VRinterfaceécrit sur mesure
K) Préamplificateur pour signal de logiciel

Références

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  1. Barth, J. V., Costantini, G., Kern, K. Engineering atomic and molecular nanostructures at surfaces. Nature. 437, 671-679 (2005).
  2. Otero, R., Rosei, F., Besenbacher, F. Scanning tunneling microscopy manipulation of complex organic molecules on solid surfaces. ....

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Mots-clés

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