이 논문은 주로 나노 규모의 현상을 밝히는 데 사용되는 광학 (선형 및 비선형)과 홀로그램 방법의 결합 된 힘에 중점을 둡니다. 바이오 포토닉 및 진동 화학 반응의 연구에서 얻은 결과는 대표적인 예로서 제시되며, 나노 규모에서 역학을 드러내는 홀로그래피의 능력을 강조합니다.
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이 논문에서
요약
초록
이 방법에서는 나노 규모에서 자연 시스템의 동적 반응에 대한 숨겨진 세부 사항을 발견하기위한 광학 및 홀로그래피의 잠재력이 활용됩니다. 첫 번째 부분에서, 천연 광자 구조의 광학 및 홀로그램 연구는 광영동 효과의 출현을위한 조건뿐만 아니라, 즉 나노 규모에서 광유도 열 구배로 인한 나노 구조의 변위 또는 변형을 제시한다. 이 효과는 온도에 의해 유도 된 곤충의 날개를 덮고있는 비늘의 변형을 모니터링하는 실시간 디지털 홀로그램 간섭 측정법에 의해 드러납니다. 광영동 효과의 출현으로 이어지는 기하학과 나노 주름 사이의 연관성이 실험적으로 입증되고 확인됩니다. 두 번째 부분에서는 홀로그래피가 복잡한 진동 브릭스-라우셔 (BR) 반응에서 발생하는 상전이 현상과 같은 비선형 역학을 가진 화학 시스템의 숨겨진 세부 사항을 밝히기 위해 잠재적으로 어떻게 사용될 수 있는지 보여줍니다. 나노 규모의 홀로그래피의 제시된 잠재력은 대기 중 연소되지 않은 탄화수소의 이동 및 다른 에어로졸의 분리, 미세 플라스틱의 분해 및 일반적으로 입자의 분별, 미크론 크기의 연료 입자의 온도 및 열전도도 평가를 포함하여 입자 포획 및 부상과 같은 다양한 응용 분야에 대한 광영동 효과 및 패턴 형성을 제어하고 성형 할 수있는 엄청난 가능성을 열어 줄 수 있습니다.
서론
나노 세계의 모든 독특한 현상을 완전히 이해하고 알아 차리려면 나노 규모의 구조와 역학에 관한 모든 세부 사항을 밝힐 수있는 기술을 사용하는 것이 중요합니다. 이 계정에서, 선형 및 비선형 방법의 독특한 조합, 나노 규모에서 시스템의 역학을 드러내는 홀로그래피의 힘과 결합 된 것이 제시됩니다.
설명된 홀로그램 기술은 주어진 시간에 신호가 사진 카메라, 열상 카메라 및 간섭계에 의해 동시에 기록되기 때문에 트리플 레코딩 방법(rec는 녹화의 약어임)으로 볼 수 있다. 선형 및 비선형 광학 분광법 및 홀로그래피는 잘 알려진 기술이며, 그 기본 원리는 문헌 1,2에 광범위하게 설명되어 있습니다.
긴 이야기를 짧게 줄이기 위해 홀로그램 간섭 측정은 시스템의 역학을 특성화하기 위해 서로 다른 순간에 기록 된 웨이브 프론트를 비교할 수있게합니다. 이전에는 진동 역학 3,4를 측정하는 데 사용되었습니다. 가장 간단한 간섭 측정 방법으로서의 홀로그래피의 힘은 시....
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프로토콜
1. 선특성화
- 샘플의 전체 사전 특성화를 수행합니다.
- 상업적 공급원으로부터 구입한 건조 시편에 대한 모든 실험을 수행하십시오. 샘플을 실험실, 건조하고 어두운 곳, 실온에서 보관하십시오.
- 홀로그램 측정 전에 전자 현미경(SEM), 선형 광학 분광법 및 비선형 광학 현미경(NOM)10 을 스캔하여 완전한 샘플 특성화를 수행합니다(그림 1).
- 선형 기술로 측정 된 샘플의 광학 특성 외에도 비선형 광학 특성을 특성화 할 수있는 고강도 레이저 빔으로 보충 정보를 수집하십시오.
- 해당 비선형 광학 감수성을 사용하여 비선형 광 반응을 정량화하고 다양한 생물학적 샘플을 특성화하는 데 사용되는 비파괴 다중 광자 여기 형광 및 초고조파 생성 (SHG)과 같은 비선형 광학 기술의 기초를 형성하십시오.
- 진동하는 BR 반응에서 발생하는 비선형 화학 현상에 대해, 다음과 같은 농도의 반응물을 갖는 상태 I에서 상태 II로의 계내 상 전이의 간섭 모니터링에 대한 연구를 수행한다: [CH2(COOH)2]0 = 0.0789 mol d....
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결과
광영동 효과를 유도하고 모르포메넬라우스 나비5의 날개에 대한 첫 번째 실험에서 모니터링하였다. 이 효과는 다양한 파장 (450nm, 532nm, 660nm 및 980nm)의 LED 레이저의 작용에 의해 시작되었습니다. 여기서, I. 라토니아 나비(14 )로부터의 날개가 사용되었다. 기록 절차 후에, 홀로그램 이미지가 재구성되었다.
그림 3 : I. 라토니아 날개의 홀로그램 재구성. 재구성은 450 nm 개시 (A
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토론
제시된 바이오 포토닉 연구에서, 새로운 홀로그램 방법을 사용하여 낮은 수준의 열 복사로 인한 최소한의 형태 학적 변위 또는 변형을 감지 할 수 있음을 보여주었습니다.
생물학적 샘플을 사용한 홀로그램 측정에서 가장 중요한 단계는 준비 단계입니다. 샘플의 준비 (홀더의 크기와 일치하는 절단 / 접착)는 샘플의 기계적 특성에 따라 다르며이 단계에 대한 표준 프로토콜을 가질 수 없습니다.
BR 연구와 관련하여 화학 반응 또는 물리적 변형 (예 : 산소 방출, 불순물)이 간섭 패턴에 영향을 미치므로 기록 된 결과에 영향을 미치기 때문에 투명한 반응 용기와 비교적 명확한 광학 경로를 갖는 것이 중요합니다.
일반적으로, 기술된 방법의 가장 중요한 한계는 연구될 수 있는 샘플 크기이다. 샘플에는 광학 설정 내에 삽입할 적절한 치수가 있어야 합니다.
여기서 우리는 홀로그램 간섭 측정 (HI).......
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공개 사항
저자는 이해 상충이 없다고 선언합니다.
감사의 글
M. S. P., D. G., D. V., 및 B. K.는 NATO SPS (NATO Science for Peace and Security) 2019-2022가 자금을 지원한 다중 스펙트럼 감시를위한 생물학적 및 생물 영감을받은 구조의 지원을 인정합니다. B. K., D. V., B. B., D. G., 및 M. S. P.는 세르비아 공화국의 교육, 과학 및 기술 개발부의 기관 기금을 통해 베오그라드 물리학 연구소가 제공 한 자금을 인정합니다. 또한 B. K.는 F R S - FNRS의 지원을 인정합니다. M. P.는 세르비아 공화국 교육, 과학 기술 개발부, 계약 번호 451-03-9/2021-14/200026의 지원을 인정합니다. S. R. M.은 박사후 연구원으로서 Walloon 지역의 BEWARE Fellowship (Convention n°2110034)의 지원을 받았다. T. V.는 헤라클레스 재단의 재정 지원을 인정합니다. D.V., M.S.P., D.G., M.P., B.B., B.K.는 연구 보조금 N62902-22-1-2024를 통해 해군 연구 글로벌 사무소의 지원을 인정합니다. 이 연구는 베오그라드 대학 기계 공학 학부의 마리나 Simović Pavlović의 박사 학위에 대한 요구 사항을 부분적으로 이행하여 수행되었습니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 능동형 진동 차단, 4개의 광학 테이블 지원 | Thorlabs | PTR502 | 고하중 용량: 2,500kg, 높이 600mm |
| 큐벳 | 표준 유리 큐벳 | ||
| 홀로그램 카메라(홀로그래피용 광학 카메라) | 캐논 | EOS 50D | 센서 크기 22.3 x 14.9mm; 픽셀 피치 4.69 &마이크로; m; 최대 해상도 4752 x 3168; JPEG 파일 형식 |
| : 과산화수소, H2O2 | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| 레이저 | 레이저 양자 | 토러스 532 레이저 | 파장 532 nm; 전력 390mW; 일관성 길이 10m |
| LED 레이저 | |||
| 말론산, C3H4O4 | Acr s Organics (Geel, Belgium) | ||
| 황산망간, MnSO4 | Fluka (스위스, 부흐스) | ||
| 비선형 광학 현미경 | IPB | ||
| 광학 액세서리 | Thorlab | ||
| 광학 분광기 | |||
| 광학 테이블 | Thorlabs | TOP450II PTR52509 | 치수 2000*1250*310 mm |
| 과염소산, HClO4 | Merck (다름슈타트, 독일) | ||
| 요오드산 칼륨, KIO3 | Merck (독일, 다름슈타트) | ||
| 소프트웨어 | 저자 중 한 명인 Dusan Grujic이 만든 가정용 소프트웨어. 이 소프트웨어는 D.G.의 PhD deegree에 대한 요구 사항을 부분적으로 이행하기 위해 수행되었습니다. | ||
| 열화상 카메라 | Flir | A65 | 640x512 픽셀; 열 해상도 50 mK |
| 비디오 카메라 | Nikon | 1v3 | 18.4 Mpixel; 60 fps |
참고문헌
- Pietrzyk, D. J., Frank, C. W. Development of an analytical method. Analytical Chemistry. , 10-19 (1979).
- Ostrovsky, Y. I., Shchepinov, V. P., Yakovlev, V. V. Holographic Interferometry in Experimental Mechanics. 60, Springer. (2013).
- Pedrini, G., Osten, W., Gusev, M. E.
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재인쇄 및 허가
