Name: Direct Imaging van Laser-driven Ultrasnelle Moleculaire Rotation (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: Leer een protocol voor het vastleggen van hoogresolutiebeelden van ultrasnelle moleculaire rotatie met een Coulomb-explosie-opstelling. Deze methode verbindt kwantummoleculaire beweging met klassieke mechanica.

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

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door subsidies KAKENHI van de Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) en het Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie (MEXT) Japan (#26104539, #26620020, #26810011, #15H03766, #15KT0060, #16H00826 en #16K13927); de Konica Minolta Science and Technology Foundation; het programma "Planting Seeds for Research" van TokyoTech; het Imaging Science Project van het Center for Novel Science Initiatives (CNSI) bij de National Institutes of Natural Sciences (NINS) (#IS261006); het gezamenlijke RIKEN-IMS programma over "Extreme Photonics;" en het Consortium for Photon Science and Technology (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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De huidige procedure maakt het mogelijk om een ​​real-time film van de moleculaire rotatie vast te leggen met een spleet gebaseerd 2D beeldvorming setup. Omdat de waargenomen ionen door de spleet passeren, stap 1,5 is een van de kritische stappen. De randen van de spleet messen moeten scherp zijn. Bij een klein defect, zoals een 0,3 mm deuk in de sleuf, een kras waargenomen beeld ion (figuur 6). In dat geval moet de spleet blad worden gepolijst met 2000-grit schuurpapier nat. <p class="jove_content"...

Voor een beter begrip en een beter gebruik van de dynamische aard van moleculen, is het noodzakelijk om duidelijk te visualiseren moleculaire bewegingen plaats. Tijdopgeloste Coulomb explosie beeldvorming is een van de krachtige aanpak om deze doelstelling 1, 2, 3 bereiken. In deze benadering worden de moleculaire dynamica plaats geïnitieerd door een pomp ultrakorte laser veld en worden vervolgens gehybridiseerd met een vertraagde probe puls. Bij sonde bestraling, worden moleculen vermenigvuldigen geïoniseerd en gebroken in fragment ionen als gevolg van de Coulomb afstoting. De ruimtelijke verdeling van de ionen uitgestoten is een maat van de moleculaire structuur en ruimtelijke oriëntatie op de probe bestraling. Een reeks van de meting het scannen van de pump-probe vertraging leidt tot de creatie van een moleculaire film. Het is opmerkelijk dat, voor het eenvoudigste geval - rotatie- - de hoekverdeling van de uitgestoten ionendirect weerspiegelt de verdeling moleculaire as (dat wil zeggen, het kwadraat rotatie golffunctie). Met betrekking tot de pomp proces, heeft de recente vooruitgang in de coherente controle van de moleculaire beweging met behulp van ultrakorte laser velden leidde tot de oprichting van een sterk gecontroleerde rotatie golfpakketten 4, 5. Bovendien kan de draairichting actief bestuurd door middel van een polarisatie lasermachine gebied 6, 7, 8. Het is daarom te verwachten dat een gedetailleerd beeld van de moleculaire rotatie, waaronder golf aard kan worden gevisualiseerd als de Coulomb explosie beeldvormingstechniek wordt gecombineerd met dergelijke pompproces 9, 10, 11, 12, 13. Echter, we een aantaltijden experimentele ondervinden moeilijkheden in verband met de huidige beeldvormingstechnieken, zoals hieronder vermeld. Het doel van dit document is om een ​​nieuwe manier van het overwinnen van deze problemen en het creëren van een hoge kwaliteit film van de moleculaire rotatie golfpakketten presenteren. De eerste experimentele film moleculaire rotatie die met de onderhavige werkwijze, samen met de fysieke gevolgen werden in onze eerdere document 11. De achtergrond van de ontwikkeling, de gedetailleerde theoretische aspect van de onderhavige beeldvormingstechniek, en een vergelijking met andere bestaande technieken wordt gegeven in een volgende document. Hier zullen we ons vooral richten op de praktische en technische aspecten van de procedure, met inbegrip van de combinatie van de typische pump-probe optische opstelling en de nieuwe beeldvormende inrichting. Zoals in het voorgaande document, is het doelsysteem unidirectioneel roterende stikstofmoleculen 11. De belangrijkste experimentele moeilijkheid van debestaande beeldvorming setup, schematisch weergegeven in figuur 1, heeft te maken met de positie van de detector of de camerahoek. Omdat de rotatieas samenvalt met de laser propagatie as 6, 7, 8 laser-veld-geïnduceerde moleculaire rotatie, is het niet praktisch om een detector te installeren langs de rotatieas. Wanneer de detector wordt geïnstalleerd dat laserbestraling voorkomen, de camerahoek overeen met een zijde waarneming van rotatie. In dit geval is het onmogelijk om de oorspronkelijke oriëntatie van moleculen de verwachte (2D) beeld 14 ionen uit te reconstrueren. Een 3D imaging detector 14, 15, 16, 17, 18, 19, waarmee de aankomsttijd boven detector en het ion IMPACt posities kan worden gemeten, bood een unieke manier om de moleculaire rotatie direct waar te nemen met behulp van Coulomb explosie beeldvorming 10, 12. De aanvaardbare ion laser pulsen per schot laag (meestal &lt;10 ionen) in de 3D detector, wat betekent dat het moeilijk is om een lange filmpje van moleculaire beweging met een hoge beeldkwaliteit 14 creëren. De dode tijd van de detectoren (meestal ns) heeft ook invloed op de beeldresolutie en imaging efficiency. Het is ook niet een eenvoudige taak om een ​​goede pump-probe beam overlap te maken door het beeld van een real-time monitoren van ion met een laser herhalingssnelheid van &lt;~ 1 kHz. Hoewel verschillende groepen rotatie golfpakketten gebruik van de 3D techniek hebben waargenomen, werd de ruimtelijke informatie beperkt en / of direct, en een gedetailleerde visualisatie van golf de natuur, met inbegrip van gecompliceerde nodale structuren, werd niet bereikt 10, 12. De essentie vande nieuwe beeldvormende techniek is het gebruik van de &quot;nieuwe camerahoek&quot; in figuur 1. In deze configuratie, wordt laserbundel blootstelling aan een detector vermeden, terwijl de 2D-detector evenwijdig aan het rotatievlak, wat leidt tot de waarneming van de rotatie-as. De spleet laat alleen de ionen in het rotatievlak (het polarisatievlak van de laserpulsen) bijdragen tot een beeld. Een 2D-detector, die een hogere telsnelheid (meestal 100 ~ ionen) dan 3D signaalgever, kan worden gebruikt. De opzet van de elektronica is eenvoudiger dan bij 3D detectie, terwijl de meting efficiëntie hoger. Tijdrovende mathematische reconstructie, bijvoorbeeld Abel inversie 14, is ook niet noodzakelijk om hoekinformatie extraheren. Deze eigenschappen leiden tot de eenvoudige optimalisatie van het meetsysteem en de productie van films van hoge kwaliteit. Een standaard 2D / 3D geladen deeltjes afbeeldingsinrichting kan eenvoudig worden aangepast om de huidige instelling without het gebruik van dure apparatuur.

<table><tbody><tr><td>CMOS camera</td><td>Toshiba TELI</td><td>BU-238M-ES</td><td>uitgerust met SONY IMX174 sensor</td></tr><tr><td>High voltage switch</td><td>Behlke</td><td>HTS-41-03-GSM</td><td></td></tr><tr><td>High voltage switch</td><td>Behlke</td><td>HTS-80-03</td><td></td></tr><tr><td>Digital delay generator</td><td>Stanford research systems</td><td>DG535</td><td></td></tr><tr><td>Digital delay generator</td><td>Stanford research systems</td><td>DG645</td><td></td></tr><tr><td>Microchannel plate</td><td>Photonis</td><td>3075</td><td></td></tr><tr><td>Pulsed valve</td><td>LAMID LTD</td><td>Even-Lavie valve&nbsp;</td><td>High repetition, room temperature model</td></tr><tr><td>Molecular beam skimmers</td><td>Institute for Molecular Science</td><td>13C11</td><td>3 en 1,5 mm middelste gat, 25 graden volledige binnenhoek, en ~50 mm lengte</td></tr><tr><td>Optical Comparator</td><td>Nikon</td><td>V-24B</td><td></td></tr><tr><td>DPSS laser</td><td>Lighthouse Photonics</td><td>Sprout</td><td></td></tr><tr><td>Femtosecond Ti:Sapphire oscillator</td><td>KMLabs</td><td>Halcyon</td><td></td></tr><tr><td>Femtosecond Ti:Sapphire amplifier</td><td>Quantronix</td><td>Odin-II HE</td><td></td></tr><tr><td>Motorized linear stage</td><td>Sigma Koki</td><td>KST(GS)-100X</td><td></td></tr><tr><td>Manual X-stage</td><td>Sigma Koki</td><td>TSD-601S</td><td></td></tr><tr><td>High resolution mirror mount</td><td>Newport</td><td>Suprema SX100-F2KN-254</td><td></td></tr><tr><td>High resolution mirror mount</td><td>LIOP-TEC GmbH</td><td>SR100-100R-2-HS</td><td></td></tr><tr><td>Polarization checker</td><td>Paradigm Devices, Inc.</td><td>O-tool VIS</td><td></td></tr><tr><td>Instrument communication interface</td><td>National Instruments</td><td>NI-MAX</td><td></td></tr><tr><td>Graphical development environment for measurement programs</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2014</td><td></td></tr><tr><td>Laser line dielectric mirror</td><td>CVI/LEO</td><td>TLM2-400/800-45UNP</td><td></td></tr><tr><td>Laser line dielectric mirror</td><td>Altechna</td><td>Low GDD Ultrafast mirror</td><td></td></tr><tr><td>Laser line dielectric mirror</td><td>Altechna</td><td>Low GDD Ultrafast mirror</td><td></td></tr><tr><td>Femtosecond polarizer</td><td>Advanced Thin Films</td><td>PBS-GVD</td><td></td></tr></tbody></table>

direct imaging van laser-driven ultrasnelle moleculaire rotation

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

We presenteren een methode voor het visualiseren laser geïnduceerde, ultrasnelle moleculaire rotatie golfpakketje dynamiek. We hebben een nieuwe 2-dimensionale Coulomb explosie beeldvorming opstelling waarin een tot nu toe-onpraktisch camerahoek gerealiseerd ontwikkeld. In onze beeldvormende techniek, zijn twee atomen moleculen bestraald met een circulair gepolariseerde sterke laserpuls. De uitgeworpen atomaire ionen worden versneld loodrecht op de laser propagatie. De ionen die in de laser polarisatievlak worden geselecteerd met behulp van een mechanische sleuf en afgebeeld met een hoge verwerkingscapaciteit, 2-dimensionale detector geïnstalleerd evenwijdig aan het polarisatievlak. Omdat een circulair gepolariseerd (isotroop) Coulomb exploderende puls wordt gebruikt, de waargenomen hoekverdeling van de uitgestoten ionen rechtstreeks overeen met de vierkante roterende golffunctie ten tijde van de puls bestraling. Een real-time filmpje van moleculaire rotatie maakt, is de onderhavige beeldvormingstechniek gecombineerd met een femtoseconde pump-probe optical setup waarin de pomp pulsen creëren in één richting draaiende moleculaire ensembles. Door de hoge doorvoer van ons beeld detectiesysteem, kan de pomp-probe experimentele conditie gemakkelijk worden geoptimaliseerd door het bewaken van een real-time overzicht. Daardoor de kwaliteit van de film waargenomen voldoende hoog is voor het visualiseren van de gedetailleerde golfkarakter bewegingsrichting. We merken ook op dat de onderhavige techniek in bestaande standaard ion imaging instellingen kunnen worden uitgevoerd met een nieuwe camerahoek of gezichtspunt voor moleculaire systemen zonder de behoefte aan uitgebreide modificatie.

Figuur 4A toont een probe-only ruwe beeld van de N 2+ ion op probe bestraling (Coulomb explosie) uitgeworpen, genomen voor één probe laser schot. Elk lichtpuntje komt overeen met een ion. Figuur 4B toont een gesommeerd beeld van 10.000 gebinariseerd ruwe camerabeelden. Deze beelden tonen dat onze beeldvorming setup de moleculen van oriëntatiehoeken in het polarisatievlak het kan controleren. Figuur 4C toont de genormali...

We presenteren een protocol voor het creëren van een realtime film van een moleculair rotatiegolfpakket met behulp van een hoogwaardige Coulomb-explosie-beeldvormingsopstelling.

Direct Imaging van Laser-driven Ultrasnelle Moleculaire Rotation

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

Over het algemeen is het doel van dit experiment om ultrasnelle moleculaire rotatie met hoge resolutie in real time vast te leggen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvraagstukken in het veld van de Kwantummechanica en Fysische Scheikunde, zoals de verbinding tussen de kwantum moleculaire beweging en de klassieke mechanica wereld. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat we hoge resolutie, high throughput realtime beeldvorming van moleculen kunnen uitvoeren vanuit een camerahoek die nog niet eerder is gerealiseerd.Deze methode kan inzicht geven in de rotatiedynamiek van moleculen. Het kan ook worden toegepast op andere systemen zoals georiënteerde moleculen en fotobronacties. De benodigde apparatuur voor het experiment heeft twee hoofdcomponenten.De eerste is een tweedimensionaal snijbeeldvormingsapparaat gebouwd in een vacuümkamer. Dit schema geeft een idee van wat er in de kamer zit. Na lasers, geïoniseerde diatomische moleculen.Er zijn ionoptische elementen om de ionisatieproducten te leiden. Er is een spleet om ionen in het laserpolarisatievlak te selecteren en een elektrode die als een gepulseerde afstoter fungeert. Het leidt ionen naar een parallelle detector bestaande uit microchannelplates ondersteund door een fosforescentiescherm.Het tweede onderdeel is de pomp-sonde optische opstelling. Zoals afgebeeld in het schema, gebruikt de opstelling een titaniumsaffierlaserversterker om drie colinaire femtoseconde pulsen te creëren. De eerste puls is lineair gepolariseerd met een middengolflengte van 820 nanometer en is voor moleculaire uitlijning.De tweede puls is voor richtingscontrole. Het is een vertraagde replica van de eerste puls, behalve dat de lineaire polarisatie 45 graden ten opzichte van de eerste is gekanteld. De derde puls is de Coulomb-explosiebeeldvormingssonde.Deze bevindt zich op 407 nanometer, circulair gepolariseerd en duurt 100 femtoseconden. Deze drie pulsen komen de vacuümkamer in langs hetzelfde pad. Een belangrijke stap is het aanpassen van de polarisatietoestand van de pulsen met behulp van een polarisatiechecker.Deze checker maakt visualisatie van de polarisatietoestand mogelijk door de polarisatiehoekafhankelijke transmissie-intensiteit. Installeer de polarisatiechecker in het straalpad net voordat deze de kamer binnenkomt. Focus op de polarisatietoestand van de beeldvormingssonde.Het doel is circulaire polarisatie. Om de polarisatie te veranderen, gebruik de golfplaten in het pad van de puls. Pas de golfplaten aan in hun rotatieoptische montages.Stop wanneer de checker aangeeft dat de polarisatie circulair is. Volg een vergelijkbare procedure met puls een door zijn golfplaten aan te passen. Uiteindelijk moet de polarisatiehoek verticaal zijn.Manipuleer de golfplaten van de tweede puls om lineaire polarisatie te produceren waarbij de hoek 45 graden is ten opzichte van die van puls een. Verwijder de polarisatiechecker en dumpers uit het straalpad en voltooi andere setupvoorbereidingen. De tijdelijke overlap van de pulsen moet ruwweg worden geoptimaliseerd.Om dit te doen, moeten vier elementen net voor de focuslens in het systeem worden gemonteerd. De eerste in het pad is een optisch venster zo dik als de focuslens en het kamervenster gecombineerd. Vervolgens is er een niet-lineaire kristal met een niet-lineair antwoord alleen wanneer de pomp en sonde gelijktijdig interageren.Derde langs het pad is een dispersieprisma. Ten slotte is er een vel wit papier om het niet-lineaire signaal te registreren. Werk met de pomp één bundel en de sondepuls door een bundeldumper op pomp twee bundel te plaatsen.Zoek naar een derde harmonisch signaal met behulp van de gemotoriseerde trap. Druk op de verplaatsingsknop op de trapcontroller om te scannen en te zoeken naar het derde signaal. Het papier in het straalpad geeft het harmonische signaal aan met een witblauwe fluorescentie.Vervolgens deblokkeer pomp twee en blokkeer pomp een met een beam dumper. Gebruik de manuele trap in de pomp twee lijn om de bundelbaan aan te passen. Scan de micrometer gebaseerde trap tot de derde harmonische emissie optreedt.De bepaling van de tijd nul of temporele overlap is voltooid wanneer er fluorescentie zichtbaar is op het papier. Voordat u verdergaat, verwijdert u alle elementen die zijn toegevoegd aan de bundellijn om de temporele overlap te vinden. Het unieke aspect van de meetopstelling is de cameraplaatsing.Zoals voorgesteld in dit schema, is het detectoroppervlak loodrecht op het laserpolarisatievlak. De camera-as is loodrecht op het oppervlak van de detector en dus evenwijdig aan de lijn van de laservoortplanting. Installeer een digitale camera op de optische post voor de vacuümkijkpoort en zorg ervoor dat deze correct is georiënteerd.Installeer bovendien een koelventilator achter de camera. Om ongewenst licht te verminderen, hang een gordijn over het gebied tussen de kijkpoort en de lens. Met de camera aangesloten op de computer, start de controlesoftware en maximaliseer de versterking van de camera.Begin met het vastleggen van beelden die resulteren uit de moleculaire ionisatie. De camerabeelden moeten het hele oppervlak van de detector bedekken wanneer de camera correct is gepositioneerd. Blijf de vastgelegde beelden controleren om de camerafocus aan te passen.De grootte van de vlekken als gevolg van de ionen moet zo scherp en zo klein mogelijk zijn. Voor metingen, zoek eerst het signaal en optimaliseer de ionisatie-instellingen. Om dit te doen, gebruik alleen de sondepuls door de pomppulsbundels te blokkeren.De puls reist door een plano convexe lens om het op de moleculaire bundels te focusseren. Een pulsgenerator stelt de tijd van de hoogspanningsschakelaars voor de ionoptiek in. Stel deze in op de geschatte aankomsttijd van de stikstofmolecuulionen.Bewaak het ionisatiebeeld terwijl u de lenspositie en gaspulstijd aanpast om het grootste en helderste beeld te bereiken. Gebruik vervolgens de pulsgenerator om de tijd van de hoogspanningsschakelaars te veranderen. Gebruik de tijd voor het Coulomb-ontploffende dubbel geïoniseerde stikstofkanaal.Op de computer verlaagt u de cameraframerate en verhoogt u de belichtingstijd. Pas bovendien de ionoptische biases aan, zodat de waargenomen ionisatieverde

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Fluorescentie Lifetime Imaging (FLIM) heeft zich ontpopt als een belangrijke techniek om het imago van de omgeving en de interactie van specifieke eiwitten en kleurstoffen in levende cellen. FLIM van fluorescerende moleculaire rotoren laat in kaart brengen van de viscositeit in levende cellen.

Fluorescentie Lifetime Imaging voor Moleculaire Rotoren in levende cellen

This video describes a method to visualize the assembly of fusion protein condensates on DNA molecules at specific loci using single-molecule imaging. These condensates are formed due to LCD-LCD and LCD-DBD interactions, which allow for the recruitment of RNA polymerase II and enhanced gene transcription.

Single-Molecule Imaging to Visualize Fusion Protein Condensates Assembly on DNA Curtains

We beschrijven de generatie van ver-infraroodstraling met behulp van een optisch gepompte moleculaire laser, samen met de meting van hun frequenties met heterodyne technieken. Het experimentele systeem en de technieken worden gedemonstreerd met behulp van difluormethaan (CH2F2) als lasermedium, waarvan de resultaten drie nieuwe laseremissies en acht gemeten laserfrequenties omvatten.

Karakteriseren van Ver-infrarood laser emissies en het meten van hun frequenties

We presenteren een parametrische aandrijfmethode om een ultrakoud Fermi-gas in een gekruiste-bundel optische dipoolval af te koelen. Deze methode verwijdert selectief atomen met hoge energie uit de val door de valdiepte periodiek te moduleren met frequenties die resonant zijn met de anharmonische componenten van het vanggewricht.

Koelen van een Optisch Trapped ultrakoude Fermi Gas door Periodiek Driving

Voor kleine chirale soorten biedt Coulomb explosie Imaging een nieuwe benadering om te bepalen van de handigheid van individuele moleculen.

Coulomb explosie Imaging als een instrument om te onderscheiden tussen stereo-isomeren

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.

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

Enterprise gold nanostaafjes kan worden gevangen in vloeistoffen en gedraaid bij kHz frequenties met behulp van cirkel-gepolariseerde optisch pincet. Invoering van instrumenten voor Brownian dynamics analyse en lichte scatteringspectroscopy leidt tot een krachtig systeem voor onderzoek en toepassing op talrijke gebieden van de wetenschap.

Bouw en de exploitatie van een licht gestuurde gouden nanostaafjes Rotary locomotorisch stelsel

Presenteren we een protocol voor indringende ultrasnelle vibrationele samenhangen in polyatomisch radicale caties die in moleculaire dissociatie resulteren.

Meting van de ultrasnelle vibrationele samenhangen in polyatomisch radicale caties met sterke-veld adiabatische ionisatie

Het manuscript wordt beschreven hoe synthetiseren en enten van een moleculaire motor op oppervlakken voor één moleculaire beeldvorming.

Licht gestuurde moleculaire motoren op oppervlakken voor één moleculaire beeldvorming

Details van signaalgeneratie en -optimalisatie, meting, gegevensverwerving en gegevensverwerking voor een femtotweede time-resolved near-IR gestimuleerde Raman spectrometer worden beschreven. Een nabij infrarood gestimuleerde Raman studie over de opgewonden-staat dynamiek van β-caroteen in tolueen wordt getoond als een representatieve toepassing.

Ultrasnelle time-resolved Near-IR Stimulated Raman Metingen van Functionele π-conjugaat Systemen

Leer een protocol voor het vastleggen van hoogresolutiebeelden van ultrasnelle moleculaire rotatie met een Coulomb-explosie-opstelling. Deze methode verbindt kwantummoleculaire beweging met klassieke mechanica.

Direct Imaging van Laser-driven Ultrasnelle Moleculaire Rotation

Meer video's verkennen