Name: הדמיה ישירה של סיבוב מולקולרי מהיר ליזר מונחה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: חקור דינמיקת סיבוב מולקולרי מהיר באמצעות הדמיית פיצוץ קולומבי ברזולוציה גבוהה בזמן אמת. שיטה זו מגשרת בין תנועה קוונטית למכניקה קלאסית ומספקת תובנות חדשות לכימיה פיזיקלית.

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

עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי מענקים בסיוע של KAKENHI מהאגודה היפנית לקידום המדע (JSPS) ומשרד החינוך, התרבות, הספורט, המדע והטכנולוגיה (MEXT) יפן (#26104539, #26620020, #26810011, #15H03766, #15KT0060, #16H00826 ו-#16K13927); קרן המדע והטכנולוגיה של קוניקה מינולטה; תוכנית "זריעת זרעים למחקר" של TokyoTech; פרויקט מדעי ההדמיה של המרכז ליוזמות מדעיות חדשניות (CNSI) ב המכונים הלאומיים למדעי הטבע (NINS) (#IS261006); התוכנית המשותפת של RIKEN-IMS בנושא "פוטוניקה קיצונית"; והקונסורציום למדע וטכנולוגיה של פוטונים (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>

למחברים אין מה לחשוף.

ההליך הנוכחי מאפשר לנו ללכוד סרט בזמן אמת של סיבוב מולקולרי עם התקנת הדמית 2D מבוסס חריץ. בגלל היונים והנצפים לעבור דרך החריץ, צעד 1.5 הוא אחד השלבים הקריטיים. הקצוות של להבי השסע חייבים להיות חדים. כשיש פגם קטן, כגון שקע 0.3 מ&quot;מ החריץ, שריטה הוא ציין את התמונה יון (איור 6). במקרה כזה, הלהב החריץ צריך להיות מלוטש עם 2,000-חצץ נייר זכוכית רטוב. מלבד זווית המצלמה הייחודית שניתן לראות ב...

עבור הבנה עמוקה יותר ושימוש טוב יותר של האופי הדינמי של מולקולות, זה הכרחי כדי לחזות תנועות מולקולריות בבירור עניין. הדמית פיצוץ קולון זמן נפתר היא אחת גישות עצמה כדי להשיג מטרה זו 1, 2, 3. לפי גישה זו, הדינמיקה המולקולרית של עניין נעשית ביוזמת שדה ליזר אולטרה קצר משאבה והם נחקרים מכן על ידי דופק בדיקה-מתעכב זמן. לאחר הקרנת חללית, מולקולות מיוננות מתרבות נפרצו יונים שברים עקב דחיית קולון. ההתפלגות המרחבית של היונים הנפלטים הוא מדד של המבנה המולקולרי והתמצאות מרחבית על הקרנת החללית. רצף של מדידת סריקת זמן השהית משאבה-בדיקה מובילה ליצירת סרט מולקולרי. ראוי לציין כי עבור המקרה הפשוט ביותר - מולקולה דו-אטומית - חלוקת הזוויתית של יונים נפלטישירות משקף את חלוקת הציר המולקולרית (כלומר, פונקציית גל הסיבוב בריבוע). באשר לתהליך המשאבה, ההתקדמות האחרונה בבקרה קוהרנטית של תנועה מולקולרית באמצעות שדות ליזר אולטרה קצרים הובילה ליצירתו של חבילת גלי סיבוב מבוקרת מאוד 4, 5. יתר על כן, כיוון הסיבוב יכול להיות נשלט באופן פעיל באמצעות שדה ליזר שבשליטת קיטוב 6, 7, 8. בהתאם לכך, כבר היה לצפות כי תמונה מפורטת של סיבוב מולקולרי, כוללים טבע גל, יכולה להיות מדמיינות כאשר טכניקת דימות פיצוץ קולון בשילוב עם תהליך משאבה כגון 9, 10, 11, 12, 13. עם זאת, אנחנו קצתפעמים נתקלות בקשיי ניסוי קשורים שיטות ההדמיה הקיימות, כאמור להלן. מטרת מאמר זה היא להציג דרך חדשה להתגבר על קשיים אלו ושל יצירת סרט באיכות גבוהה של חבילת גלי סיבוב מולקולרית. הסרט הניסיוני הראשון של סיבוב מולקולרי שצולם עם השיטה הנוכחית, יחד עם ההשלכות הפיזיות שלו, הוצגו במאמר הקודם שלנו 11. הרקע של פיתוח, ההיבט התיאורטי המפורט של טכניקת ההדמיה הנוכחית, וכן השוואה עם טכניקות קיימות אחרות יינתנו בתוך נייר קרוב. הנה, אנחנו בעיקר נתמקד בהיבטים המעשיים וטכניים של ההליך, כוללים שילוב של ההתקנה האופטית משאבה-הבדיקה טיפוס מנגנון ההדמיה החדש. כמו במאמר הקודם, מערכת היעד מסתובבת בכיוון אחד מולקולות חנקן 11. הקושי העיקרי של הניסויקיים התקנת הדמיה, סכמטי שמוצגת באיור 1, יש לעשות עם העמדה של הגלאי, או את זווית המצלמה. מכיוון ציר הסיבוב בקנה אחד עם התפשטות לייזר 6 ציר, 7, 8 ברוטציה מולקולרית הנגרמת לייזר-שדה, אין זה מעשי להתקין גלאי לאורך ציר הסיבוב. כאשר הגלאי מותקן כדי למנוע הקרנת לייזר, את זווית המצלמה תואמת התבוננות בצד של הסיבוב. במקרה זה, זה בלתי אפשרי לשחזר את הכיוון המקורי של מולקולות מהתמונה (2D) מוקרנת היון 14. הדמיה 3D גלאי 14, 15, 16, 17, 18, 19, שבה זמן ההגעה אל הגלאי העליון ואת יון impacניתן למדוד עמדות t, הציע דרך ייחודית להתבונן סיבוב מולקולרי ישירות באמצעות הדמית פיצוץ קולון 10, 12. עם זאת, ספירת היון המקובלת לכל זריקת ליזר נמוך (בדרך כלל &lt;10 יונים) ב גלאי 3D, כלומר קשה ליצור סרט ארוך של תנועה מולקולרית עם איכות תמונה גבוהה 14. השעה המתה של הגלאי (בדרך כלל ns) משפיעה גם על רזולוציית התמונה ויעילות הדמיה. זה גם לא משימה פשוטה לעשות חפיפת קרן משאבה-בדיקה טובה על ידי ניטור תמונת יון בזמן אמת עם שיעור החזרת ליזר של &lt;~ 1 קילוהרץ. למרות מספר קבוצות הבחינו מנות סיבוב גל בטכניקת 3D, המידע המרחבי הוגבל ו / או ישיר, וכן להדמיה מפורטת של טבע גל, כוללים מבנים קטרי מסובכים, לא הושגה 10, 12. המהותטכניקת הצילום החדשה היא השימוש של &quot;זווית המצלמה החדשה&quot; באיור 1. בתצורה זו, החשיפה קרן לייזר לגלאי הוא נמנע בעוד גלאי 2D הוא מקביל למישור הסיבוב, שמוביל התצפית מכיוון ציר הסיבוב. החריץ מאפשר רק יון במטוס הסיבוב (המטוס הקיטוב של פעימות לייזר) לתרום תמונה. גלאי 2D, אשר מציע קצב ספירה גבוה (בדרך כלל ~ 100 יונים) מאשר גלאי 3D, ניתן להשתמש. ההתקנה של המערכת האלקטרונית של יותר פשוט במקרה של זיהוי 3D, בעוד יעילות המדידה גבוהה. זמן רב שיקום מתמטי, כגון אבל היפוך 14, הוא גם לא צריך לחלץ מידע זוויתי. תכונות אלה להוביל אופטימיזציה הקלה של מערכת המדידה לייצור סרטים באיכות גבוהה. מנגנון הדמיה 2D סטנדרטי / 3D טעון החלקיקים ניתן לשנות בקלות אל witho למערך הקייםut שימוש בציוד יקר.

<table><tbody><tr><td>מצלמת CMOS</td><td>Toshiba TELI</td><td>BU-238M-ES</td><td>מצויד בחיישן SONY IMX174</td></tr><tr><td>מתג מתח גבוה</td><td>Behlke</td><td>HTS-41-03-GSM</td><td></td></tr><tr><td>מתג מתח גבוה</td><td>Behlke</td><td>HTS-80-03</td><td></td></tr><tr><td>מחולל עיכוב דיגיטלי</td><td>מערכות מחקר סטנפורד</td><td>DG535</td><td></td></tr><tr><td>מחולל עיכוב דיגיטלי</td><td>מערכות מחקר סטנפורד</td><td>DG645</td><td></td></tr><tr><td>פלטת מיקרו-ערוץ</td><td>פוטוניס</td><td>3075</td><td></td></tr><tr><td>שסתום פועם</td><td>LAMID בע"מ</td><td>שסתום אבן-לביא&nbsp;</td><td>חזרה גבוהה, דגם בטמפרטורת החדר</td></tr><tr><td>רחפני קרן מולקולרית</td><td>המכון למדע מולקולרי</td><td>13C11</td><td>חור מרכזי 3 ו-1.5 מ"מ, זווית פנימית מלאה של 25 מעלות ואורך ~50 מ"מ</td></tr><tr><td>משוון אופטי</td><td>Nikon</td><td>V-24B</td><td></td></tr><tr><td>DPSS לייזר</td><td>Lighthouse Photonics</td><td>נבט</td><td></td></tr><tr><td>Femtosecond Ti: מתנד ספיר</td><td>KMLabs</td><td>Halcyon</td><td></td></tr><tr><td>Femtosecond Ti: מגבר</td> <td>ספירQuantronix</td><td>Odin-II HE</td><td></td></tr><tr><td>שלב ליניארי ממונע</td><td>Sigma Koki</td><td>KST(GS)-100X</td><td></td></tr><tr><td>ידני X-stage</td><td>Sigma Koki</td><td>TSD-601S</td><td></td></tr><tr><td>תושבת מראה ברזולוציה גבוהה</td><td>Newport</td><td>Suprema SX100-F2KN-254</td><td></td></tr><tr><td>תושבת מראה ברזולוציה גבוהה</td><td>LIOP-TEC GmbH</td><td>SR100-100R-2-HS</td><td></td></tr><tr><td>פרדיגמת בודק קיטוב</td><td> מכשירים, בע"מ</td><td>ממשק תקשורת מכשיר O-tool VIS</td><td></td></tr><tr><td></td><td>National Instruments</td><td>NI-MAX</td><td></td></tr><tr><td>סביבת פיתוח גרפית לתוכניות מדידה</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2014</td><td></td></tr><tr><td>מראה דיאלקטרית קו לייזר</td><td>CVI/LEO</td><td>TLM2-400/800-45UNP</td><td></td></tr><tr><td>קו לייזר מראה דיאלקטרית</td><td>Altechna</td><td>GDD נמוך מראה</td> <td>מהירה במיוחד</td></tr><tr><td>מראה דיאלקטרית קו לייזר</td><td>Altechna</td><td>GDD נמוך מראה</td><td></td>מהירה במיוחד</tr><tr><td>Femtosecond Polarizer</td><td>סרטים דקים מתקדמים</td><td>PBS-GVD</td><td></td></tr></tbody></table>

הדמיה ישירה של סיבוב מולקולרי מהיר ליזר מונחה

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

אנו מציגים שיטה המאפשר הדמיה נגרמת ליזר, דינמיקת מנות גל סיבוב מולקולרית מהירה. פתחנו התקנת הדמית 2-ממד קולון פיצוץ חדשה שבו זווית מצלמה כה-מעשית מתממשת. בטכניקת ההדמיה שלנו, מולקולה דו-אטומיים הם מוקרנות עם דופק ליזר חזק מעגלי מקוטב. היונים אטומי נפלט מואצים בניצב התפשטות לייזר. היונים שוכבים מטוס קיטוב ליזר נבחרים באמצעות חריץ מכאני צלמו עם תפוקה גבוהה, גלאי 2 ממדי מותקן במקביל למישור הקיטוב. מאחר מקוטב מעגלי (איזוטרופיים) דופק מתפוצץ קולון משמש, חלוקת זוויתי הנצפה של היונים הנפלטים תואמת ישירות פונקציית גל סיבוב בריבוע בעת ההקרנה הדופקת. כדי ליצור סרט בזמן אמת של סיבוב מולקולרי, טכניקת הצילום הנוכחית בשילוב עם o משאבה-בדיקת femtosecondהתקנת ptical שבו פולסים המשאבה ליצור בכיוון אחד מסתובבים הרכבים מולקולריים. בשל תפוקת תמונה הגבוהה של מערכת זיהוי שלנו, את תנאי ניסוי-חללית משאבה יכולים להיות מותאמים בקלות על ידי ניטור תמונת מצב בזמן אמת. כתוצאה מכך, איכות הסרט שנצפה היא גבוהה מספיק לדמיין את טבע הגל המפורט של תנועה. אנחנו גם לציין כי הטכניקה הנוכחית יכולה להיות מיושמת setups הדמית יון קיים סטנדרטי, מציעה זווית מצלמה חדשה או נקודת מבט של מערכות המולקולריות ללא צורך שינוי נרחב.

איור 4 א מראה תמונת גלם בלבד בדיקה של N 2 + היון נפלט לאחר הקרנת בדיקה (פיצוץ קולון), מובן ירה ליזר אחד חללית. כל נקודת אור מתאימה יון אחד. איור 4B מראה תמונה סכמה של 10,000 תמונות מצלמה גולמית binarized. תמונות אלו מראות כי התקנת ההדמיה שלנו יכולה לפקח על המולקולות של כל זוויות האורינטציה במישור הקיטוב. איור 4C מראה את העלילה הקוטב מנורמל ה...

אנו מציגים פרוטוקול ליצירת סרט בזמן אמת של חבילת גל סיבוב מולקולרי באמצעות מערך הדמיית פיצוץ קולומב ברזולוציה גבוהה.

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

בסך הכל, מטרת הניסוי הזה היא לצלם תמונות ברזולוציה גבוהה בזמן אמת של סיבוב מולקולרי מהיר במיוחד. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום מכניקת הקוונטים והכימיה הפיזיקלית כגון הקשר בין התנועה המולקולרית הקוונטית לעולם המכניקה הקלאסית. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שאנו יכולים לבצע הדמיה בזמן אמת ברזולוציה גבוהה ותפוקה גבוהה של מולקולות מזווית מצלמה שלא מומש בעבר.שיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי דינמיקת סיבוב של מולקולות. ניתן ליישם אותו גם על מערכות אחרות כגון מולקולות מכוונות ופעולות משאבי צילום. הציוד הדרוש לניסוי כולל שני מרכיבים עיקריים.הראשון הוא מכשיר הדמיית פרוסות דו מימד הבנוי בתא ואקום. סכימה זו מספקת מושג על מה שנמצא בתוך החדר. לאחר לייזרים, מולקולות דיאטומיות מיוננות.ישנם אלמנטים אופטיים יונים להנחיית מוצרי היינון. יש חריץ לבחירת יונים במישור קיטוב הלייזר ואלקטרודה המשמשת כדוחה פועם. הוא מכוון יונים לגלאי מקביל המורכב מלוחות מיקרו-ערוצים המגובים במסך זרחן.המרכיב השני הוא ההגדרה האופטית של בדיקת המשאבה. כפי שמתואר בסכמה, המערך משתמש במגבר לייזר ספיר טיטניום כדי ליצור שלושה פולסים קו-ליניאריים של פמפטושניות. הפולס הראשון מקוטב ליניארית עם אורך גל מרכזי של 820 ננומטר ומיועד ליישור מולקולרי.הדופק השני אם לבקרת כיוון. זהו העתק מושהה של הדופק הראשון, אלא שהקיטוב הליניארי מוטה ב-45 מעלות ביחס לראשון. הפולס השלישי הוא גשושית הדמיית הפיצוץ של קולומב.הוא נמצא ב-407 ננומטר, מקוטב מעגלית, ונמשך 100 פמטו-שניות. שלושת הפולסים הללו נכנסים לתא הוואקום באותו מסלול. שלב חשוב הוא התאמת מצב הקיטוב של הפולסים באמצעות בודק קיטוב.בודק זה מאפשר הדמיה של מצב הקיטוב על ידי עוצמת השידור התלויה בזווית הקיטוב. התקן את בודק הקיטוב בנתיב האלומה ממש לפני שהוא נכנס לתא. התמקדו במצב הקיטוב של בדיקת ההדמיה.המטרה היא קיטוב מעגלי. כדי לשנות את הקיטוב, השתמש בלוחות הגל בנתיב הדופק. כוונן את לוחות הגל בתושבות האופטיות הסיבובית שלהן.עצור כאשר הבודק מציין שהקיטוב מעגלי. בצע הליך דומה עם דופק אחד על ידי התאמת לוחות הגל שלו. בסופו של דבר, זווית הקיטוב שלו צריכה להיות אנכית.תפעל את לוחות הגל של הדופק השני כדי לייצר קיטוב ליניארי שבו הזווית היא 45 מעלות ביחס לזו של הדופק הראשון. הסר את בודק הקיטוב והפסולת מנתיב האלומה והשלם את הכנות ההתקנה האחרות. יש לבצע אופטימיזציה גסה של חפיפת הזמן של הפולסים.לשם כך, יש להרכיב ארבעה אלמנטים ממש לפני עדשת המיקוד במערכת. הראשון בנתיב הוא חלון אופטי בעובי של עדשת המיקוד וחלון התא ביחד. הבא הוא גביש לא ליניארי עם תגובה לא ליניארית רק כאשר המשאבה והגשושית מתקשרים בו זמנית.שלישית לאורך השביל היא פריזמת פיזור. לבסוף, יש דף נייר לבן לרישום האות הלא ליניארי. עבוד עם המשאבה קרן אחת ודופק הגשושית על ידי הנחת השלכת קרן על משאבה קרן שתיים.חפש אות הרמוני שלישי באמצעות ה-Stage הממונע. לחץ על כפתור ההזזה בבקר הבמה כדי לסרוק ולחפש את האות השלישי. הנייר בנתיב האלומה יציין את האות ההרמוני עם פלואורסצנטיות כחולה לבנה.לאחר מכן, בטל את חסימת המשאבה השנייה וחסום את המשאבה הראשונה עם מזבלת קורות. השתמש ב-Manual stagבשורה השנייה של המשאבה כדי לכוונן את נתיב האלומה. סרוק את השלב המבוסס על מיקרומטר עד להתרחשות הפליטה ההרמונית השלישית.קביעת זמן האפס או החפיפה הזמנית הושלמה כאשר הקרינה נראית על הנייר. לפני שתמשיך, הסר את כל האלמנטים שנוספו לקו האלומה כדי למצוא את החפיפה הזמנית. ההיבט הייחודי של מערך המדידה הוא מיקום המצלמה.כפי שמוצע בסכימה זו, משטח הגלאי מאונך למישור הקיטוב של הלייזר. ציר המצלמה מאונך לפני השטח של הגלאי ובכך מקביל לקו התפשטות הלייזר. התקן מצלמה דיגיטלית על העמוד האופטי מול יציאת הוואקום view וודא שהיא מכוונת כהלכה.בנוסף, התקן מאוורר קירור מאחורי המצלמה. כדי להפחית אור לא רצוי, עטוף וילון מעל האזור שבין יציאת התצוגה לעדשה. כאשר המצלמה מחוברת למחשב, הפעל את תוכנת הבקרה ומקסם את הרווח של המצלמה.התחל לצלם תמונות הנובעות מהיינון המולקולרי. תמונות המצלמה צריכות לכסות את כל שטח הגלאי כאשר המצלמה ממוקמת כהלכה. המשך לעקוב אחר התמונות שצולמו כדי להתאים את מיקוד המצלמה.גודל הכתמים עקב היונים צריך להיות חד וקטן ככל האפשר. למדידות, תחילה מצא את האות ומטב את הגדרות הדמיית היונים. לשם כך, השתמש רק בדופק הבדיקה על ידי חסימת קרני הדופק של המשאבה.הדופק עובר דרך עדשת פלאנו קמורה כדי למקד אותו על הקרניים המולקולריות. מחולל דופק מגדיר את זמן מתגי המתח הגבוה עבור אופטיקת היונים. הגדר אותו לזמן ההגעה המשוער של יוני מולקולת החנקן.עקוב אחר תמונת היונים תוך התאמת מיקום העדשה וזמן דופק הגז כדי להשיג את התמונה הגדולה והבהירה ביותר. לאחר מכן, השתמש במחולל הדופק כדי לשנות את זמן מתגי המתח הגבוה. השתמש בזמן לפיצוץ תעלת החנקן המיוננת כפולה של קולומב.במחשב, הפחת את קצב הפריימים של המצלמה והגדל את זמן החשיפה. בנוסף, התאם את ההטיות האופטיות של היונים כך שהתפלגות היונים הנצפית תהפוך לאליפסה לא מעוותת. עברו למציאת החפיפה המרחבית של בדיקת המשאבה.בטל את חסימת המשאבה הראשונה, אך השאר את המשאבה השנייה חסומה. השתמש בטלסקופ כדי למקם את פסולת קרן הדופק של המשאבה במראה ברזולוציה גבוהה כדי לשנות את מיקום האלומה. כאשר הטלסקופ מכוון, עקוב אחר הנקודה עקב פעימות המשאבה.כאשר רואים את גודל הנקודה הקטן ביותר, פסולת הקרן נמצאת בקורה המולקולרית. המשך על ידי הבטחת דופק הבדיקה מצלם את המולקולות המוקרנות על ידי דופק המשאבה. זה דורש הזזת שלב ההשהיה ממצב האפס שלו.עבור חנקן, הזיזו את השלב הממונע כ-600 מיקרומטר קדימה. כמו בדוגמה זו, התמונה האיזוטרופית בעבר צריכה להיות אנזוטרופית חזקה לאורך כיוון הקיטוב של המשאבה הראשונה. בשלב זה, חסום את המשאבה הראשונה ובטל את החסימה של המשאבה השנייה.השתמש בתושבת מראה ברזולוציה גבוהה שתיים כדי למצוא את חפיפת בדיקת המשאבה. כוונן את המראה תוך שמירה על הנתיב האופטי של המשאבה ללא שינוי. היישור צריך להיות לאורך הזווית האלכסונית של כיוון הקיטוב של המשאבה השנייה ביחס לקיטוב של משאבה אחת.כדי להתבונן בדינמיקת הסיבוב החד-כיוונית, בטל את החסימה של שתי קורות המשאבה. השתמש בהשהיה הידנית tagכדי להגדיר את ההשהיה בין קורות המשאבה. התאם את השלב לארבע פיקו-שניות במקרה של חנקן מולקולרי.הגדר את הממונע stage בקורת הבדיקה כדי לסרוק עיכובים בבדיקה. בדוק כדי לקבוע אם ניתן לזהות סיבוב חד כיווני בתמונות המצלמה בעת סריקת עיכוב הבדיקה. לסרט של סיבוב מולקולרי חד כיווני שנה את קצב הפריימים של המצלמה וזמן החשיפה.השתמש בבקרת מחשב כדי לאסוף נתונים ולעבור על ערכי זמן הבדיקה. זוהי תמונה גולמית בלבד של חנקן מיונן כפול שנפלט לאחר זריקה אחת של הקרנת בדיקה. כל נקודה בהירה מתאימה ליון.תמונה זו מופקת כאשר מסכמים 10,000 תמונות בינאריות כאלה. גודל החלל האמיתי הוא 80 מילימטרים על 50 מילימטרים. שים לב שצבע כוזב משמש להצגת עוצמת האות.בסופו של דבר ניתן להשתמש בנתונים כדי ליצור תרשים קוטבי מנורמל עם הערך הרדיאלי פרופורציונלי להסתברות תלוית זווית. עדות ברורה לסיבוב מולקולרי חד כיווני מוצגת בסדרה זו של תמונות נבחרות שצולמו לאחר הקרנה עם שני פולסים של משאבה. ישנן שלוש סדרות.לאחד מהם יש את תמונת היונים שבה הצורה האליפטית הומרה לעיגול. לשני יש עלילה קוטבית מקבילה. לבסוף, יש סדרה שנוצרה עם מודל שנבנה באמצעות תמונות חופפות של משקולות בזוויות כיוון שונות, משוקללות עם הסתברויות זוויתיות נצפות.לאחר הופעת הבכורה שלה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום המדע המולקולרי לחקור את האופי הקוונטי של סיבוב מולקולרי. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לשלוט ולדמיין את הסיבוב המולקולרי המהיר במיוחד באמצעות פולסי לייזר של אקדח פאזר.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

דימות פלואורסצנטי חיים (FLIM) התפתחה הטכניקה מפתח לתמונה הסביבה ואינטראקציה של חלבונים ספציפיים צבעים בתאים חיים. FLIM של רוטורים מולקולאריים ניאון מאפשר מיפוי של צמיגות בתאים חיים.

חיים דימות פלואורסצנטי של הרוטורים מולקולרית בתאים חיים

סרטון וידאו זה מתאר שיטה להמחשת הרכבה של חלבון היתוך מעובה על מולקולות DNA באתרים ספציפיים באמצעות הדמיה של מולקולה יחידה. עיבויים אלה נוצרים כתוצאה מאינטראקציות LCD-LCD ו-LCD-DBD, המאפשרות גיוס של RNA פולימראז II ושעתוק גנים משופר.

הדמיה של מולקולה בודדת להדמיית חלבון היתוך מעבה הרכבה על וילונות DNA

אנו מתארים את יצירת הקרינה האינפרא אדום הרחוקה באמצעות לייזר מולקולרי שנשאב אופטית יחד עם מדידת התדרים שלהם בטכניקות הטרודיניות. המערכת והטכניקות הניסיוניות מודגמות באמצעות דיפלואורומתאן (CH2F2) כמדיום הלייזר שתוצאותיו כוללות שלוש פליטות לייזר חדשות ושמונה תדרי לייזר נמדדים.

אפיון פליטות לייזר רחוק אינפרה-אדומות והמדידה של התדרים שלהם

אנו מציגים שיטת נהיגה פרמטרית לקירור גז פרמי אולטרה-קר במלכודת דיפול אופטית צולבת. שיטה זו מסירה באופן סלקטיבי אטומים בעלי אנרגיה גבוהה מהמלכודת על ידי אפנון מעת לעת של עומק המלכודת בתדרים המהדהדים עם הרכיבים האנהרמוניים של פוטנציאל הלכידה.

קירור גז פרמי Ultracold לכודים Optically ידי נהיגה תקופתיים

עבור מינים כיראלי קטן, קולון פיצוץ הדמיה מספקת גישה חדשה כדי לקבוע את יד של מולקולות בודדות.

הפיצוץ הקולומבית הדמיה ככלי להבחנה בין Stereoisomers

כאן, אנו מציגים את הפרוטוקולים של ניתוחים דיפרנציאלית-זיהוי של זמן לפתור אינפרא-אדום הרטט ספקטרוסקופיה ו אלקטרון עקיפה המאפשרים אבחנת העיוותים של מבנים מקומיים סביב photoexcited מולקולות ב טורי גביש נוזלי, נותן מבט אטומית על הקשר בין המבנה את הדינמיקה של החומר photoactive.

טכניקות הרומן להתבוננות מבניים הדינמיקה של גביש נוזלי Photoresponsive

Nanorods זהב plasmonic יכול להיות לכוד בתוך נוזלים, מסובב בתדרים kHz באמצעות מלקחיים אופטיים מקוטב באופן מעגלי. היכרות עם כלים dynamics בראונית ניתוח של scatteringspectroscopy אור מוביל מערכת חזקה עבור מחקר ויישום בתחומים רבים של המדע.

הקמה ותפעול של מערכת מנוע מונחה אור רוטרי Nanorod זהב

אנו מציגים פרוטוקול דורשים בדיקה מרביים הרטט coherences ב polyatomic קטיונים רדיקלי כי התוצאה דיסוציאציה מולקולרית.

מדידה של מרביים הרטט Coherences ב Polyatomic רדיקלית קטיונים עם יינון אנווריאנטים חזק-שדה

כתב היד מתאר כיצד לסנתז ו להשתיל מנוע מולקולרי על משטחים עבור יחיד הדמיה מולקולרית.

מונחי-אור המנועים המולקולריים על משטחים עבור יחיד הדמיה מולקולרית

פירוט של יצירת אותות ואופטימיזציה, מדידה, רכישת נתונים, וטיפול בנתונים עבור הסדר השני הנפתר באמצעות הזמן הקרוב-IR ספקטרומטר ראמאן מתוארים. כמעט אינפרא אדום מגורה מחקר ראמאן על הדינמיקה המדינה נרגש של β-קרוטן ב טולואן מוצג כיישום נציג.

Ultrafast זמן-נפתר ליד IR גירוי מדידות ראמאן של פונקציונלי π-המשלים מערכות

חקור דינמיקת סיבוב מולקולרי מהיר באמצעות הדמיית פיצוץ קולומבי ברזולוציה גבוהה בזמן אמת. שיטה זו מגשרת בין תנועה קוונטית למכניקה קלאסית ומספקת תובנות חדשות לכימיה פיזיקלית.

הדמיה ישירה של סיבוב מולקולרי מהיר ליזר מונחה

גלה סרטונים נוספים