Methodenartikel

Nieuwe technieken voor het observeren van structurele dynamica van Photoresponsive vloeibare kristallen

DOI:

10.3791/57612

⸱

29 mei 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Graduate School of Natural Science and Technology, Okayama University, 2Graduate School of Science, Kyoto University, 3Center for Computational Sciences, University of Tsukuba, 4Graduate School of Science, Kyushu University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier presenteren we de protocollen van differentiaal-detectie analyses van time-resolved infrarood Vibrationele spectroscopie en elektron diffractie waarmee opmerkingen van de vervormingen van de lokale structuren rond photoexcited moleculen in een in kolomvorm vloeibare kristallen, het geven van een atomaire perspectief op de relatie tussen de structuur en de dynamiek van dit photoactive materiaal.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In dit artikel bespreken we de experimentele metingen van de moleculen in vloeibare kristallen (LC) fase met behulp van de Vibrationele spectroscopie time-resolved infrarood (IR) en time-resolved elektronendiffractie. Vloeibare kristallen fase is een belangrijke staat van materie die er tussen de vaste en vloeibare fasen bestaat en het is gebruikelijk in natuurlijke systemen zo goed zoals in organische elektronica. Vloeibare kristallen zijn orientationally besteld maar losjes verpakt, en dus de interne conformaties en de uitlijning van de moleculaire componenten van LCs kunnen worden gewijzigd door externe prikkels. Hoewel geavanceerde time-resolved diffractie technieken is gebleken dat picosecond-schaal moleculaire dynamica van enkele kristallen en polycrystals, directe waarnemingen van verpakking structuren en ultrasnelle dynamica van zachte materialen hebben belemmerd door wazig diffractie patronen. Wij rapporteren hier, time-resolved IR Vibrationele spectroscopie en elektron diffractometry te verwerven ultrasnelle momentopnamen van een in kolomvorm LC-materiaal, rekening houdend met een deel van de photoactive kern. Differentiaal-detectie analyses van de combinatie van time-resolved IR Vibrationele spectroscopie en elektronendiffractie zijn krachtige hulpmiddelen voor het karakteriseren van de structuren en licht dynamiek van zachte materialen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Vloeibare kristallen (LCs) hebben een verscheidenheid van functies en worden veel gebruikt in wetenschappelijke en technologische toepassingen1,2,3,4,5,6. Het gedrag van LCs kan worden toegeschreven aan hun oriënterende bestellen alsmede over de hoge mobiliteit van hun moleculen. Een moleculaire structuur van LC materialen wordt doorgaans gekenmerkt door een mesogen-kern en lange flexibele koolstof kettingen die de hoge mobiliteit van de LC-moleculen garanderen. Onder externe prikkels7,8,9,10,11,12,13,14,15 , zoals licht, elektrische velden, temperatuurveranderingen of mechanische druk, kleine intra- en intermoleculaire moties van de LC moleculen veroorzaken drastische structurele opnieuw ordenen in het systeem, wat leidt tot de functionele werking. Om te begrijpen van de functies van LC materialen, is het belangrijk om te bepalen van de structuur van de moleculaire schaal in de LC-fase en identificeren van de belangrijkste bewegingen van de moleculaire conformaties en vervormingen van de verpakking.

Röntgendiffractie (XRD) wordt vaak gebruikt als een krachtig hulpmiddel voor het bepalen van de structuren van LC materialen16,17,18. Het patroon van de diffractie van oorsprong uit een functionele prikkels-responsieve kern is echter vaak verborgen door een brede halo-patroon van de lange koolstof-ketens. Een effectieve oplossing voor dit probleem wordt verzorgd door time-resolved diffractie analyse, waarmee directe waarnemingen van moleculaire dynamica met behulp van photoexcitation. Deze techniek haalt structurele informatie over de photoresponsive aromatische groep met behulp van de verschillen tussen de patronen van de diffractie verkregen vóór en na photoexcitation. Deze verschillen bieden de middelen om de achtergrondgeluiden zowel rechtstreeks het observeren van de structurele veranderingen van belang. Analyses van de differentiële diffractie patronen onthullen de gemoduleerde signalen van de photoactive groep alleen, waardoor de schadelijke diffractie uitsluiten voor de niet-photoresponsive koolstof-ketens. Een beschrijving van deze differentiële diffractie analysemethode wordt gegeven in Hada, M. et al.19.

Time-resolved diffractie metingen kunnen structurele informatie bieden over de atomaire herschikkingen die zich tijdens de faseovergang in materialen20,21,22,23, voordoen 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 en chemische reacties tussen moleculen30,31,32,33,34. Met deze toepassingen in het achterhoofd, is opmerkelijke vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van ultrabright en ultrakorte-gepulseerde X-ray35,36 en elektron37,38,39 , 40 bronnen. Echter tijd-resolved diffractie is alleen toegepast voor eenvoudige, geïsoleerde moleculen of aan één - of poly-crystals, in die zeer besteld anorganische rooster of organische moleculen produceren goed opgelost diffractie patronen verstrekken van structurele informatie. In tegenstelling, hebben ultrasnelle structurele analyses van meer complexe zachte materialen belemmerd vanwege hun minder geordende fasen. In deze studie tonen wij het gebruik van time-resolved elektronendiffractie evenals voorbijgaande Absorptie spectroscopie en de Vibrationele spectroscopie time-resolved infrarood (IR) te karakteriseren de structurele dynamica van photoactive LC-materialen met behulp van deze diffractie-geëxtraheerde methodologie19.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1.time-opgelost infrarood Vibrationele spectroscopie

  1. Bereiding van de monsters
    1. Oplossing: Los de π-uitgebreide cyclooctatetraeen (π-COT) moleculen in dichloormethaan met goede concentratie (1 mmol/L).
    2. LC fase: het smelten van de π-COT poeder op een substraat van de calciumfluoride (CaF2) met behulp van hete plaat op de temperatuur van 100 ° C. Het monster bij een kamertemperatuur afkoelen.
      Opmerking: We moeten Kies een materiaal (CaF2 of barium fluoride (BaF2)) die transparant is in medio-IR bereik.
  2. Apparaat opzetten
    1. Zet de laser titanium saffier (Ti:sapphire) en de tjilpte pulse-versterker. Thermisch stabiliseren ze voor enkele uren.
    2. Controleer of dat de uitlijning juist zijn. Controleer de kracht en stabiliteit van de ultraviolette (UV)-pomp en de medio-IR-sonde en opnieuw uitlijnen de optische weglengte indien nodig. De optische setup van de time-resolved infrarood spectroscopie wordt gegeven in Figuur 5.
    3. Koel de HgCdTe IR detector array met behulp van vloeibare stikstof. Zorg ervoor dat de spectrometer goed ligt dus dat redelijke hoeveelheid licht in het bereik van belang wordt ontdekt. Kalibreren van de spectrometer met behulp van absorptiespectra van bekende materialen zoals polystyreen of polyethyleen tereftalaat.
    4. Monteren van een monster dat grote foto-geïnduceerde voorbijgaande reactie (Si wafer (1 mm) of Re(bpy)(CO)3Cl/CH3GN-oplossing) op de monsterhouder toont. Zoek de vertraging van de pomp-sonde op een positieve waarde en het bedrag van het tijdelijke signaal optimaliseren door roeren de lichtbundel van de pomp om ervoor te zorgen de overlapping van de pomp-sonde.
    5. Vind de tijdinstelling van de oorsprong door middel van lange-afstands scan op de vertraging van de pomp-sonde gebruikt de huis-gebouwde (Figuur 6). Controleer de positie waar het voorbijgaande signaal beginnen te ontstaan.
    6. Controleer de dynamiek van symmetrische en anti-symmetrische trilling van CO die zich uitstrekt in Re(bpy)(CO)3Cl waarvan dipoolmomenten orthogonaal zijn. Merk op dat beide precies dezelfde dynamiek moeten worden weergegeven wanneer de voorwaarde van de magische hoek is goed voldaan.
  3. Meet- en data-acquisitie
    1. Oplossing: Koppel de huis-gebouwde stroom-cel. Setup de borrelende apparaat met inert gas (stikstof (N-2) of Argon (Ar)) indien nodig. LC fase: de spin beklede π-COT monster met het substraat Mount het gemotoriseerde werkgebied continu verplaatsen de laser plekken op het monster, tot het minimaliseren van de laser-veroorzaakte schade.
    2. Controleer of de tijd nul-positie met het monster.
    3. Het scanbereik van de pomp-sonde vertraging correct ingesteld (begin, einde en stap).
    4. Kies een map gegevens op te slaan.
    5. De gegevensverzameling met de huis-gebouwde programma starten.
      Opmerking: De gegevens worden automatisch opgeslagen in de directory.

2. time-Resolved elektronendiffractie

  1. Fabricage van monster substraat
    1. Koop een silicium (001) wafer (200 µm dik), waarvan beide zijden vooraf bedekt met 30 nm-dikke silicium-rijke siliciumnitride (Si3N4of gewoon zonde zijn) film (Figuur 11A). Snijd de zonde/Si/SiN wafer in square (15 × 15 mm2).
    2. Bestralen met Ar cluster ion balken41 op de fluentie van 2,5 × 1016 ionen/cm2 op één van de kanten van de zonde/Si/SiN wafer wel een metalen masker (Figuur 12), die voldoende is om te verwijderen van de 30-nm-dikke zonde film (Figuur 11 B, C).
      Opmerking: Een alternatieve methode voor het verwijderen van zonde film is plasma etsen of ion balken etsen.
    3. Waterige oplossing van kaliumhydroxide (KOH) met een concentratie van 28% voor te bereiden.
    4. Zet de wafer in KOH-oplossing bij een temperatuur van 60-70 ° C gedurende 1-2 dagen (Figuur 11D), die verder etsen van de Si-wafer via isotrope chemische etsen42.
      Opmerking: Het tarief van de ETS voor Si door KOH-oplossing is veel sneller dan dat voor de zonde, zodat de dunne film van zonde als zelfdragende membranen (Figuur 11E blijft).
    5. De wafer met zonde membranen in gedeïoniseerd water schoon en droog het met stikstofgas.
  2. Bereiding van de monsters
    1. Los van de π-COT moleculen in chloroform bij een concentratie van 10 mg/mL.
    2. De spin-coater Program: versnellen tot 2000 TPM in 5 s, houd de rotatie voor 30 s, en stop de rotatie. De oplossing van de π-COT op het substraat van zonde membraan zoals weergegeven in Figuur 11Fspin-jas.
      NB: Een goede wafer grootte spin-afdekhoes moet zich meer dan 10 × 10 mm2, aangezien de oppervlaktespanning soms met draai-coating van materialen op kleinere bladen, hosties, bijvoorbeeld interfereert, een zonde membraan grid voor transmissie-elektronenmicroscopie.
    3. Zet het monster bekleed op de drager vervagen van zonde, membraan op een kookplaat bij een temperatuur van 100 ° C, het smelten, en het geleidelijk afkoelen tot kamertemperatuur (Figuur 11G).
  3. Metingen
    1. Het monster op de monsterhouder met een schroef monteren en zetten de monsterhouder in de Vacuuemcel (monsterkamer).
    2. Zegel van de Vacuuemcel met een deksel en zet een roterende pomp te evacueren van de kamer tot een vacuüm niveau van minder dan 1000 Pa. Schakel over op de moleculaire turbo pompen totdat de Elektronenkanonnen kamer op het vacuüm niveau van ~ 10-6 Pa (typisch voor meer dan 12 h is).
    3. Zet de Ti:sapphire laser en de Tjilpen pulse versterker, en thermisch stabiliseren ze voor meer dan 1 h. De experimentele opzet van de time-resolved elektronendiffractie wordt gegeven in Figuur 9. Stelt de herhaling tarief tot 500 Hz.
    4. Schakel in de thriller van de charge - coupled apparaat (CCD) camera en afkoelen tot 10 ° C.
    5. Gaan op de elektrische voeding aan te passen de spanning tot 75 kV.
      Opmerking: De huidige lekkage van de voeding moet niet uit het assortiment van 0.1 µA fluctueren.
    6. Speciale overlapping. Opent het laboratorium-gecodeerd automatische programma (Figuur 10A) en stelt u de belichtingstijd (50 ms). Vind de electron beam positie met een gaatje voorzien, in de monsterhouder met behulp van het programma door het starttype voor de overlapping van de z-as en Y_overlap en dringende Start knop instelt op Z_overlap .
    7. De elektronenbundel ingesteld op de positie van de pinhole en uitlijnen van de pomp laser met het licht gereflecteerd pomp door het gaatje.
    8. Meten van de tijd-nul-positie met een organisch materiaal (Bi2van Te3) op de monsterhouder met behulp van een laboratorium-gecodeerd automatische programma (Figuur 10B) door te stellen type Start tijd-opgelost en persen Startknop. Voor dit proces aanpassen de pomp fluentie tot 2 mJ/cm,2.
    9. De Faraday-cup aan de pas van de elektronenbundel invoegen en meten de fluentie van de elektronenbundel met een laboratorium-gebouwde picoammeter aanpassen door het draaien van de verstelbare ND-filter op de regel van de sonde. Thefluence van de pols van de pomp door het draaien van de waveplate op de pomp regel aanpassen.
    10. Verplaatsen naar de positie van de steekproef en stel de blootstellingstijd van de CCD-camera. Het verkrijgen van de elektron diffractie beeld met behulp van het laboratorium-gecodeerd automatische programma (Figuur 10B) door Start type op één en Start knop in te drukken.
    11. Zet het Peltier element van de CCD-camera en afkoelen tot de temperatuur van-20 ° C.
    12. Instellen van de tijd-stap en aantal stappen voor de metingen van tijd opgelost. Het verkrijgen van de tijd-resolved elektron diffractie beelden met behulp van het laboratorium-gecodeerd automatische programma (Figuur 10B) door type Start op tijd-opgelost en Start knop in te drukken.
    13. Verkrijgen van de tijd-resolved achtergrondafbeelding met de voeding van de elektron versnelling uitschakelen met behulp van het laboratorium-gecodeerd automatische programma (Figuur 10B) door Start type in te stellen tijd-opgelost en Druk op de knop Start .

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We kozen een zadel-vormige π-COT skelet43,44 als een photoactive kern eenheid van de LC-molecuul, want het vormt een welomschreven stapelen kolomstructuur en omdat de centrale acht-ring COT ring wordt verwacht om te laten zien een licht conformationele verandert in een plat formulier als gevolg van de opgewonden statuswaarden aromaticiteit19,45. Synthetische proces van dit...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De cruciale stap van het proces tijdens de time-resolved elektron diffractie metingen is het handhaven van de hoogspanning (75 keV) zonder de huidige schommelingen sinds de afstand tussen de fotokathode en anode plaat is slechts ~ 10 mm. Als de huidige boven het bereik van 0.1 µA vóór of tijdens de experimenten fluctueert, verhoogt de spanning van de versnelling tot 90 te ontladen en weer ingesteld op 75 keV keV. Dit proces van conditionering moet gebeuren totdat de huidige in de range van 0.1 µA schommelt. Het juiste on...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wij danken Dr. S. Tanaka aan Tokyo Institute of Technology voor time-resolved IR Vibrationele spectroscopie metingen en Prof. M. Hara en Dr. K. Matsuo aan de Nagoya University voor XRD metingen. Wij mede door Prof. S. Yamaguchi aan de Nagoya University, Prof. R. Herges aan de Universiteit van Kiel en Prof. R. J. D. Miller op het Max Planck Instituut voor de structuur en de dynamiek van de zaak voor de waardevolle discussie.

Dit werk wordt ook ondersteund door de Japanse Science technologie (BJS), PRESTO, voor de financiering van de projecten "moleculaire technologie en oprichting van nieuwe functies" (Grant aantal JPMJPR13KD, JPMJPR12K5 en JPMJPR16P6) en "Chemische omzetting van licht energie". Dit werk is ook slechts gedeeltelijk ondersteund door JSPS Grant nummers JP15H02103, JP17K17893, JP15H05482, JP17H05258, JP26107004 en JP17H06375.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Chirped pulse amplifierSpectra Physics Inc.Spitfire ACEVoor tijdsafhankelijke IR-vibratiespectroscopie
Chirped pulse amplifier Spectra Physics Inc.Spitfire XPVoor tijdsafhankelijke elektronendiffractometrie
Femtosecond laserSpectra Physics Inc.TsunamiVoor tijdsafhankelijke IR-vibratiespectroscopie
Femtosecond laserSpectra Physics Inc.TsunamiVoor tijdsafhankelijke elektronendiffractometrie
Optical parametric amplifierLight Conversion Ltd.TOPAS prime
64-kanaals kwikcadmiumtelluride IR-detectorarrayInfrared Systems Development CorporationFPAS-6416-D
FT-IR-spectrometerShimadzu CorporationIR Prestige-21
HoogspanningsvoedingMatsuada precisionHER-100N0.1
RotorpompEdwardsRV12
Moleculair turbopompenAgilent Technologies Japan, Ltd.Twis Torr 304FS
VakuummetersPfeiffer vacuum systems gmbhPKR251Voor ICF70-flens
VakuummonitorenPfeiffer vacuum systems gmbhTPG261
Vezelgekoppelde CCD-cameraAndor Technology Ltd.iKon-L HF
BaF2- en CaF2-substratenPier opticsDikt 3 mm
AgGaS2-kristalPhototechnica CorporationOp bestelling
BBO-kristallenTokyo Instruments, Inc.SHG θ=29,2 deg
THG θ=44,3 deg
KalcietkristallenTokyo Instruments, Inc.Dikt 1 mm
Optische spiegelsThorlabsPF10-03-F01
PF10-03-M01
UM10-45A		Al coat spiegels
Au coat spiegels
Ultrasnelle spiegels
Optische spiegelsHIKARI,Inc.Breedbandspiegels
Dichroische spiegelsHIKARI,Inc.Op bestelling
Reflectie: 266 nm
Transmissie: 400, 800 nm
Optische koperNewport Corporation3501 optische koper
Optische sluitersThorlabs Inc.SH05/M
SC10
Optische sluitersSURUGA SEIKI CO.,LTD.F116-1
BaansplitsersThorlabs Inc.BSS11R
Fuseerd-silica lenzenThorlabs Inc.LA4663
LA4184
BaF2-lensThorlabs Inc.LA0606-E
Gepolariseerde spiegelsSigmakoki Co.,LtdOp bestelling
Ontworpen voor 800 nm
Reflectie: s-gepolariseerd licht
Transmissie: p-gepolariseerd licht
HalfgolfplaatThorlabs Inc.WPH05M-808
SpiegelbevestigingenThorlabs Inc.POLARIS-K1
KM100		Kinematische spiegelbevestigingen
SpiegelbevestigingenSigmakoki Co.,LtdMHAN-30M
MHAN-30S		Gimbal spiegelbevestigingen
SpiegelbevestigingenNewport CorporationACG-3K-NLGimbal spiegelbevestigingen
Variabele ND-filtersThorlabs Inc.NDC-25C-2M
BaansplitserbevestigingenThorlabs Inc.KM100S
LensbevestigingenThorlabs Inc.LMR1/M
RotatiebevestigingenThorlabs Inc.RSP1/M
RetroreflectorEdmund Optics63,5 MM X 30" EN-AL 
spectrometersocean photonicsUSB-4000
VermogensmeterOphir30A-SHGebruikt voor intensiteitsbewaking van CPA
VermogensmeterThorlabs Inc.S120VC
PM100USB		Gebruikt voor intensiteitsmetingen van pomppuls
FotodiodenThorlabs Inc.DET36A/M
DET25K/M
DC-voedingTEXIOPW18-1.8AQGebruikt voor magnetische lens
Magnetische lensNissei ETC Co.,LtdOp bestelling
StagesNewport CorporationM-MVN80V6
LTAHLPPV6		Gebruikt voor magnetische lens
StagecontrollerNewport CorporationSMC100
Stages Sigmakoki Co.,LtdSGSP20-35(X)
SGSP20-85(X)		Gebruikt voor monsterpositie
Stages Sigmakoki Co.,LtdSGSP26-200(X)
OSMS26-300(X)		Gebruikt voor vertragingstijdgenerator
StagecontrollerSigmakoki Co.,LtdSHOT-304GS
PicoammeterLaboratoriumgebouwd
spin coaterMIKASA Co.,Ltd1H-D7
HotplateIKA® C-MAG HP7
SiN-waferSilson LtdOp bestelling
KOH-waterige oplossing (50%)Hiroshima Wako Co.,Ltd.168-20455
ChloroformHiroshima Wako Co.,Ltd.038-18495
DichloormethaanHiroshima Wako Co.,Ltd.132-02456
Personal computers voor de besturingsprogramma'sEpson CorporateEndeavor MR7300E-L32-bits besturingssysteem
Programma voor de besturing van de apparatuurNational Instruments CorporationLabview2016
Programma voor de gegevensanalyseThe MathWorks, Inc.Matlab2015b

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Van Haaren, J., Broer, D. In search of the perfect image. Chem. Ind. 24, 1017-1021 (1998).
  2. Handbook of Liquid Crystals. Goodby, J. W., Collings, P. J., Kato, T., Tschierske, C., Gleeson, H. F., Raynes, P. , Wiley-VCH. Weinheim. (2014).
  3. Liquid Crystal Beyond Displays. Li, Q. , John Wiely & Sons. Hoboken. (2012).
  4. Kato, T. Self-assembly of phase-segregated liquid crystal structures. Science. 295, 2414-2418 (2002).
  5. Fleismann, E. K., Zentel, R. Liquid-Crystalline Ordering as a Concept in Materials Science: From Semiconductors to Stimuli-Responsive Devices. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 8810-8827 (2013).
  6. Sergeyev, S., Pisula, W., Geerts, Y. H. Discotic liquid crystals: a new generation of organic semiconductors. Chem. Soc. Rev. 36, 1902-1929 (2007).
  7. Goodby, J. W. Mesogenic molecular crystalline materials. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 4, 361-368 (1999).
  8. Ichimura, K. Photoalignment of Liquid-Crystal Systems. Chemical Reviews. 100, 1847-1873 (2000).
  9. Ikeda, T. Photomodulation of liquid crystal orientations for photonic applications. J. Mater. Chem. 13, 2037-2057 (2003).
  10. Browne, W. R., Feringa, B. L. Making molecular machines work. Nat. Nanotech. 1, 25-35 (2006).
  11. Ikeda, T., Mamiya, J., Yu, Y. Photomechanics of liquid-crystalline elastomers and other polymers. Angew. Chem., Int. Ed. 46, 506-528 (2007).
  12. Sagara, Y., Kato, T. Brightly Tricolored Mechanochromic Luminescence from a Single-Luminophore Liquid Crystal: Reversible Writing and Erasing of Images. Angew. Chem. Int. Ed. 50, 9128-9132 (2011).
  13. Miyajima, D., et al. Ferroelectric columnar liquid crystal featuring confined polar groups within core-shell architecture. Science. 336, 209-213 (2012).
  14. White, T. J., Broer, D. J. Programmable and adaptive mechanics with liquid crystal polymer networks and elastomers. Nat. Mater. 14, 1087-1098 (2015).
  15. Saito, S., et al. Light-melt adhesive based on dynamic carbon frameworks in a columnar liquid-crystal phase. Nat. Commun. 7, 12094(2016).
  16. Lagerwall, J. P. F., Giesselmann, F. Current Topics in Smectic Liquid Crystal Research. Chem. Phys. Chem. 7, 20-45 (2006).
  17. Yoon, H. G., Agra-Kooijman, D. M., Ayub, K., Lemieux, R. P., Kumar, S. Direct Observation of Diffuse Cone Behavior in de Vries Smectic-A and -C Phases of Organosiloxane Mesogens. Phys. Rev. Lett. 106, 087801(2011).
  18. Takanishi, Y., Ohtsuka, Y., Takahashi, Y., Kang, S., Iida, A. Chiral doping effect in the B2 phase of a bent-core liquid crystal: The observation of resonant X-ray satellite peaks assigned to the 5/10 layer periodic structure. Euro. Phys. Lett. 109, 56003(2015).
  19. Hada, M., et al. Structural Monitoring of the Onset of Excited-State Aromaticity in a Liquid Crystal Phase. J. Am. Chem. Soc. 139, 15792-15800 (2017).
  20. Cavalleri, A., et al. Femtosecond Structural Dynamics in VO2 during an Ultrafast Solid-Solid Phase Transition. Phys. Rev. Lett. 87, 237401(2001).
  21. Hada, M., Okimura, K., Matsuo, J. Characterization of structural dynamics of VO2 thin film on c-Al2O3 using in-air time-resolved x-ray diffraction. Phys. Rev. B. 82, 153401(2010).
  22. Eichberger, M., et al. Snapshots of cooperative atomic motions in the optical suppression of charge density waves. Nature. 468, 799-802 (2010).
  23. Ichikawa, H., et al. Transient photoinduced 'hidden' phase in a manganite. Nat. Mater. 10, 101-105 (2011).
  24. Hada, M., Okimura, K., Matsuo, J. Photo-induced lattice softening of excited-state VO2. Appl. Phys. Lett. 99, 051903(2011).
  25. Zamponi, F., Rothhardt, P., Stingl, J., Woerner, M., Elsaesser, T. Ultrafast large-amplitude relocation of electronic charge in ionic crystals. P. Natl. Acad. Sci. USA. 109, 5207-5212 (2012).
  26. Beaud, P., et al. A time-dependent order parameter for ultrafast photoinduced phase transitions. Nat. Mater. 13, 923-927 (2014).
  27. Morrison, V. R., et al. A photoinduced metal-like phase of monoclinic VO revealed by ultrafast electron diffraction. Science. 346, 445-448 (2014).
  28. Han, T. -R. T., et al. Exploration of metastability and hidden phases in correlated electron crystals visualized by femtosecond optical doping and electron crystallography. Sci. Adv. 5, 1400173(2015).
  29. Waldecker, L., et al. Time-domain separation of optical properties from structural transitions in resonantly bonded materials. Nat. Mater. 14, 991-995 (2015).
  30. Minitti, M. P., et al. Imaging Molecular Motion: Femtosecond X-Ray Scattering of an Electrocyclic Chemical Reaction. Phys Rev. Lett. 114, 255501(2015).
  31. Kim, K. H., et al. Direct observation of bond formation in solution with femtosecond X-ray scattering. Nature. 518, 385-389 (2015).
  32. Gao, M., et al. Mapping molecular motions leading to charge delocalization with ultrabright electrons. Nature. 496, 343-346 (2013).
  33. Ishikawa, T., et al. Direct observation of collective modes coupled to molecular orbital-driven charge transfer. Science. 350, 1501-1505 (2015).
  34. Xian, R., et al. Coherent ultrafast lattice-directed reaction dynamics of triiodide anion photodissociation. Nat. Chem. 9, 516-522 (2017).
  35. Chapman, H. N., et al. Femtosecond X-ray protein nanocrystallography. Nature. 470, 73-77 (2011).
  36. Ishikawa, T., et al. A compact X-ray free-electron laser emitting in the sub-ångström region. Nature Photonics. 6, 540-544 (2012).
  37. Zewail, A. H. Four-dimensional electron microscopy. Science. 328, 187-193 (2010).
  38. Sciaini, G., Miller, R. J. D. Femtosecond electron diffraction: heralding the era of atomically resolved dynamics. Rep. Prog. Phys. 74, 096101(2011).
  39. Hada, M., Pichugin, K., Sciaini, G. Ultrafast structural dynamics with table top femtosecond hard X-ray and electron diffraction setups. Euro. Phys. J. Special Topic. 222, 1093-1123 (2013).
  40. Miller, R. J. D. Mapping atomic motions with ultrabright electrons: the chemists' gedanken experiment enters the lab frame. Annu. Rev. Phys. Chem. 65, 583-604 (2014).
  41. Seki, T., Murase, T., Matsuo, J. Cluster size dependence of sputtering yield by cluster ion beam irradiation. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 242, 179-181 (2006).
  42. Mueller, C., Harb, M., Dwyer, J. R., Miller, R. J. D. Nanofluidic Cells with Controlled Pathlength and Liquid Flow for Rapid, High-Resolution In Situ Imaging with Electrons. J. Phys. Chem. Lett. 4, 2339-2347 (2013).
  43. Mouri, K., Saito, S., Yamaguchi, S. Highly Flexible π-Expanded Cyclooctatetraenes: Cyclic Thiazole Tetramers with Head-to-Tail Connection. Angew. Chem. Int. Ed. 51, 5971-5975 (2012).
  44. Mouri, K., Saito, S., Hisaki, I., Yamaguchi, S. Thermal 8π electrocyclic reaction of heteroarene tetramers: new efficient access to π-extended cyclooctatetraenes. Chem. Sci. 4, 4465-4469 (2013).
  45. Rosenberg, M., Dahlstrand, C., Kilså, K., Ottosson, H. Excited State Aromaticity and Antiaromaticity: Opportunities for Photophysical and Photochemical Rationalizations. Chem. Rev. 114, 5379-5425 (2014).
  46. Kato, T., Mizoshita, N., Kishimoto, K. Functional Liquid-Crystalline Assemblies: Self-Organized Soft Materials. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 38-68 (2006).
  47. Rosen, B. M., et al. Dendron-Mediated Self-Assembly, Disassembly, and Self-Organization of Complex Systems. Chem. Rev. 109, 6275-6540 (2009).
  48. Fukazawa, N., et al. Time-Resolved Infrared Vibrational Spectroscopy of the Photoinduced Phase Transition of Pd(dmit)2 Salts Having Different Orders of Phase Transition. J. Phys. Chem. C. 117, 13187(2013).
  49. Mukuta, T., et al. Infrared Vibrational Spectroscopy of [Ru(bpy)2(bpm)]2+ and [Ru(bpy)3]2+ in the Excited Triplet State. Inorg. Chem. 53, 2481-2490 (2014).
  50. Tanaka, S., Takahashi, K., Hirahara, M., Yagi, M., Onda, K. Characterization of the excited states of distal-. and proximal-.[Ru(tpy)(pynp)OH2]2+ in aqueous solution using time-resolved infrared spectroscopy. J. Photochem. Photobio. A. 313, 87-98 (2015).
  51. Mukuta, T., Tanaka, S., Inagaki, A., Koshihara, S., Onda, K. Direct Observation of the Triplet Metal-Centered State in [Ru(bpy)3]2+ Using Time-Resolved Infrared Spectroscopy. ChemistrySelect. 1, 2802-2807 (2016).
  52. Epp, S. W., et al. Time zero determination for FEL pump-probe studies based on ultrafast melting of bismuth. Str. Dyn. 4, 054308(2017).
  53. Hada, M., et al. Cold ablation driven by localized forces in alkali halides. Nat. Commun. 5, 3863(2014).
  54. Hada, M., et al. Ultrafast time-resolved electron diffraction revealing the nonthermal dynamics of near-UV photoexcitation-induced amorphization in Ge2Sb2Te5. Sci. Rep. 5, 13530(2015).
  55. Hada, M., et al. Evaluation of Damage Layer in an Organic Film with Irradiation of Energetic Ion Beams. Jpn. J. Appl. Phys. 49, 036503(2010).
  56. Hada, M., et al. Bandgap modulation in photoexcited topological insulator Bi2Te3 via atomic displacements. J. Chem. Phys. 145, 024504(2016).
  57. Manz, S., et al. Mapping atomic motions with ultrabright electrons: towards fundamental limits in space-time resolution. Faraday Discuss. 77, 467-491 (2015).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Tijdsopgeloste IR spectroscopietijdsopgeloste elektrondiffractiedifferenti le detectieanalyseultrasnelle moleculaire dynamicavloeibaarkristalfasefotoactieve kerngroepobservatie van structurele dynamiekelektrondiffractiepatronenvibrationele spectroscopie

Gerelateerde artikelen