Nouvelles Techniques d’observation dynamique des structures des cristaux liquides photopériode

Cette méthode peut aider à résoudre un problème courant dans la recherche sur les cristaux liquides. C’est-à-dire que le mouvement moléculaire maximal pendant la photoréponse ne peut pas être déterminé par les méthodes conventionnelles. Le principal avantage de ces techniques est que la structure et la dynamique ultrarapide des cristaux liquides photoexcités sont obtenues à la fois à partir du spectre IR différentiel et des motifs de diffraction différentielle des électrons.

Je ferai une démonstration de la spectroscopie de vibration IR résolue dans le temps. Pour préparer un échantillon en phase solution pour la spectroscopie vibrationnelle IR résolue en temps, dissoudre 0,025 millimole de pi-COT dans 25 millilitres de dichlorométhane, pour obtenir une solution de 1 millimole par litre. Pour préparer un échantillon en phase cristalline liquide, recouvrez un substrat de fluorure de calcium de 3 millimètres d’épaisseur avec de la poudre pi-COT.

Placez le substrat sur une plaque chauffante et faites fondre la poudre à 100 degrés Celsius. Éteignez la plaque chauffante et laissez l’échantillon refroidir à température ambiante. Après avoir préparé l’échantillon, allumez le laser titane-saphir et l’amplificateur d’impulsions à dérive de bois et laissez-les se stabiliser thermiquement.

Réglez la durée de l’impulsion sur 120 femtosecondes, le taux de répétition sur 500 Hertz et la fluence incidente sur 1 millijoule par centimètre carré. Vérifiez la puissance et la stabilité de la pompe UV et des impulsions de la sonde dans l’infrarouge moyen, et réalignez les chemins optiques si nécessaire. Refroidissez le détecteur IR mercure-cadmium-tellure avec de l’azote liquide.

Positionnez le spectromètre dans l’alignement du chemin optique et calibrez le spectromètre. Ensuite, montez une plaquette de silicone de 1 millimètre d’épaisseur sur le porte-échantillon en tant qu’échantillon de test. Réglez le délai de la sonde de pompe sur une valeur positive.

Optimisez le chevauchement pompe-sonde en ajustant le miroir dirigeant le faisceau de la pompe vers l’échantillon, afin d’obtenir l’intensité maximale du signal transitoire. Configurez un balayage, commençant à moins 100 picosecondes et se terminant à 1000 picosends, avec un temps de pas de 5 picosecondes. Scannez l’échantillon de test et identifiez la position temporelle où le signal transitoire commence à émerger ou le temps zéro.

Ensuite, si vous utilisez un échantillon en phase solution, montez une cellule d’écoulement avec des fenêtres de fluorure de baryum dans l’instrument et commencez à pomper l’échantillon à travers la cellule d’écoulement. Si vous utilisez un échantillon de phase à cristaux liquides, montez l’échantillon sur une platine motorisée pour permettre un mouvement continu de la position du point laser sur l’échantillon, afin de minimiser les dommages induits par le laser. Confirmez la position temporelle du temps zéro avec l’échantillon et définissez les temps de début, de fin et de pas.

Sélectionnez un répertoire pour le fichier de données et exécutez le processus d’acquisition de données. Tout d’abord, gravez et nettoyez une plaquette recouverte de nitrure de silicone, pour obtenir un substrat avec des fenêtres en nitrure de silicone. Placez le substrat sur un mandrin de revêtement rotatif avec les fenêtres en nitrure de silicone vers le haut.

Appliquez sur le substrat une solution de 10 milligrammes par millilitre de pi-COT sous chloroforme. Placez le substrat revêtu de centrifugation sur une plaque chauffante et chauffez la plaque chauffante à 100 degrés Celsius pour faire fondre le pi-COT. Éteignez la plaque chauffante lorsqu’elle atteint 100 degrés Celsius et laissez l’échantillon refroidir sur place, pour obtenir un film à cristaux liquides pi-COT.

Pour commencer la mesure, montez l’échantillon sur le porte-échantillon de l’instrument. Placez le porte-échantillon dans la chambre à vide et fermez la chambre. Utilisez une pompe rotative pour évacuer la chambre à moins de 1000 pascals ou 10 millibars.

Ensuite, utilisez une pompe turbomoléculaire pour évacuer la chambre du canon à électrons à environ 10 à moins 6 pascals. Ensuite, allumez le laser titane-saphir et l’amplificateur d’impulsion à dérive de fréquence, et laissez-les se stabiliser thermiquement pendant une heure. Réglez le taux de répétition sur 500 hertz.

Allumez le refroidisseur de caméra CCD et refroidissez l’appareil à 10 degrés Celsius. Ensuite, allumez l’alimentation électrique et réglez la tension sur 75 kilovolts. Ouvrez le logiciel spécial de chevauchement et réglez le temps d’exposition sur 50 millisecondes.

Pour trouver la position du faisceau d’électrons de la sonde, définissez d’abord le type de démarrage sur z-overlap, puis cliquez sur Démarrer. Une fois ce processus terminé, sélectionnez Chevauchement y et cliquez à nouveau sur Démarrer. Ensuite, réglez le faisceau d’électrons sur la position du trou d’épingle du porte-échantillon et alignez le laser de la pompe avec la lumière réfléchie de la pompe par le trou d’épingle.

Ensuite, passez au programme de diffraction d’électrons résolu en temps. Réglez le type de démarrage sur résolu dans le temps et l’influence de la pompe sur 2 millijoules par centimètre carré. Cliquez sur start pour mesurer la position du temps zéro sur la base d’un matériau standard inorganique fixé sur le porte-échantillon.

Ensuite, insérez la coupelle de Faraday dans le trajet du faisceau d’électrons et mesurez la fluence avec le picoampèremètre. Tournez le filtre à densité neutre pour ajuster la fluence du faisceau d’électrons à 3 picoampères. Ajustez la fluence d’impulsion de la pompe à 1,67 milliwatt en tournant la plaque d’onde sur la ligne de faisceau de la pompe.

Ensuite, dans le logiciel de diffraction d’électrons résolu en temps, passez à la position de l’échantillon. Réglez le temps d’exposition de la caméra CCD sur 1 seconde. Définissez le type de démarrage sur simple, puis cliquez sur démarrer pour obtenir une image de diffraction statique des électrons.

Ensuite, allumez l’élément Peltier de la caméra CCD et refroidissez l’appareil à moins 20 degrés Celsius. Une fois la caméra CCD refroidie, définissez le nombre de motifs à collecter à chaque étape et le nombre d’étapes pour les mesures résolues dans le temps. Définissez le type de début sur résolu dans le temps, puis cliquez sur Démarrer pour collecter les images de diffraction des électrons résolues dans le temps.

Une fois l’expérience terminée, coupez l’alimentation électrique de l’accélération des électrons. Collectez l’image résolue dans le temps de la même manière pour obtenir un arrière-plan. Le spectre vibratoire IR différentiel d’un film mince à cristaux liquides à base de pi-COT présentait des pics correspondant aux modes d’étirement des cycles COT et thiazole, et des moyades biphényles, qui sont fortement actifs IR dans la forme plate T1 de pi-COT.

L’évolution dépendante du temps de l’intensité maximale avait un nombre d’onde de 1338 centimètres réciproques. C’est cohérent avec le changement de confirmation de la selle à plat en 2 picosecondes. Suivi d’une relaxation jusqu’à la forme initiale en selle en 10 à 20 picosecondes pour les molécules uniques, ou 150 picosecondes pour les molécules empilées.

Les pics de diffraction des électrons des moyades photosensibles ont été extraits du motif long dominé par de longues chaînes de carbone, en soustrayant le motif de diffraction initial d’un motif obtenu 500 picosecondes après le rayonnement d’impulsion UV. Les pics positifs et négatifs indiquaient la formation et la perte, respectivement, de caractéristiques structurelles de 500 picosecondes après l’irradiation. La formation d’une nouvelle structure ordonnée a commencé environ 200 picosecondes après la photoexcitation, ce qui correspond à la relaxation jusqu’à la forme initiale de la selle dans les molécules empilées.

La perte de l’ordre d’empilement pi-pi sur une échelle de temps de 300 picosecondes a été attribuée à un petit nombre de conformeurs plats, avec une durée de vie de 300 à 1000 picosecondes, se tordant pour minimiser l’obstacle stérique. Nous avons eu l’idée de cette méthode pour la première fois lorsque nous avons discuté des cristaux liquides, qui ne sont généralement pas examinés par les temps de diffraction car ils ne fournissent pas de bons modèles de diffraction des électrons. Notre méthodologie permet d’identifier les changements dans les modèles de diffraction des cristaux liquides, ce qui permet d’accéder à des informations importantes sur la structure et la dynamique des molécules ultrarapides.

Une fois maîtrisées, ces techniques peuvent être réalisées en une demi-journée si elles sont exécutées correctement. Ces techniques peuvent potentiellement être utilisées pour répondre à d’autres questions sur la structure et la dynamique ultrarapide de biomatériaux plus complexes.