Artykuł metodologiczny

Ręcznie sterowana manipulacja pojedynczymi cząsteczkami za pomocą mikroskopu z sondą skanującą z interfejsem 3D Virtual Reality

DOI:

10.3791/54506

⸱

2 października 2016

 ,  ,  ,  ,  , 
1Peter Grünberg Institut (PGI-3), Forschungszentrum Jülich, 2Fundamentals of Future Information Technology, Jülich Aachen Research Alliance (JARA)

W tym artykule

Podsumowanie

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

Demonstrujemy precyzyjną manipulację pojedynczymi cząsteczkami organicznymi na powierzchni metalu za pomocą końcówki mikroskopu sondy skanującej napędzanego w 3D ręką eksperymentatora za pomocą systemu przechwytywania ruchu i w pełni immersyjnych gogli wirtualnej rzeczywistości.

Streszczenie

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

Biorąc pod uwagę cząsteczki organiczne jako funkcjonalne elementy budulcowe przyszłej technologii nanoskalowej, pytanie, jak ułożyć i złożyć takie elementy budulcowe w podejściu oddolnym, jest nadal otwarte. Mikroskop z sondą skaningową (SPM) może być narzędziem z wyboru; jednak manipulacja oparta na SPM była do niedawna ograniczona do dwóch wymiarów (2D). Powiązanie końcówki SPM z cząsteczką w dobrze zdefiniowanej pozycji otwiera możliwość kontrolowanej manipulacji w przestrzeni 3D. Niestety, manipulacja 3D jest w dużej mierze niekompatybilna z typowym paradygmatem 2D polegającym na przeglądaniu i generowaniu danych SPM na komputerze. Aby zapewnić intuicyjną i wydajną manipulację, łączymy niskotemperaturowy, bezkontaktowy mikroskop tunelowy z siłami atomowymi/skaningiem (LT NC-AFM/STM) z systemem przechwytywania ruchu i w pełni immersyjnymi goglami wirtualnej rzeczywistości. Taka konfiguracja pozwala na "manipulację sterowaną ręcznie" (HCM), w której końcówka SPM jest przesuwana zgodnie z ruchem ręki eksperymentatora, podczas gdy trajektorie końcówki, a także odpowiedź złącza SPM są wizualizowane w 3D. HCM toruje drogę do opracowania złożonych protokołów manipulacji, potencjalnie prowadząc do lepszego podstawowego zrozumienia interakcji w nanoskali działających między cząsteczkami na powierzchniach. W tym miejscu opisujemy konfigurację i kroki potrzebne do osiągnięcia udanej ręcznej manipulacji molekularnej w środowisku rzeczywistości wirtualnej.

Wprowadzenie

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

Niskotemperaturowy, bezkontaktowy/skaningowy mikroskop tunelowy (LT NC-AFM/STM, dalej nazywany po prostu SPM) jest narzędziem do atomowo precyzyjnej manipulacji pojedynczymi atomami lub cząsteczkami 1-3. Manipulacja oparta na SPM jest zazwyczaj ograniczona do dwóch wymiarów i składa się z serii nagłych i często stochastycznych zdarzeń manipulacyjnych (skoków). To zasadniczo ogranicza kontrolę nad procesem. Kontakt z daną cząsteczką za pomocą pojedynczego wiązania chemicznego w dobrze zdefiniowanej pozycji atomowej prowadzi do podejścia, które może przezwyciężyć te ograniczenia 4-9. Przez cały czas manipulacji cząsteczka, z którą się styka, jest połączona z końcówką SPM, dzięki czemu możliwe staje się przemieszczanie cząsteczki we wszystkich trzech wymiarach poprzez odpowiednie przemieszczenia końcówki. Stwarza to możliwość wykonywania różnych skomplikowanych procedur manipulacyjnych w przestrzeni 3D. Jednak manipulacja kontaktowa może być utrudniona przez oddziaływania manipulowanej cząsteczki z powierzchnią i/lub innymi cząsteczkami w jej otoczeniu, które mogą wytworzyć siły, które są wystarczająco duże, aby zerwać kontakt końcówka-cząsteczka. W związku z tym określona trajektoria 3D końcówki SPM może, ale nie musi, zakończyć się udanym zdarzeniem manipulacji. Pojawia się zatem pytanie, w jaki sposób zdefiniować protokoły, które prowadzą do pomyślnego zakończenia manipulacji w okolicznościach, gdy wiązanie końcówka-cząsteczka ma ograniczoną siłę, a oddziaływania manipulowanej cząsteczki z jej otoczeniem nie są a priori dobrze scharakteryzowane.

Tutaj to pytanie jest traktowane w najbardziej intuicyjny sposób, jaki można sobie wyobrazić. Eksperymentator może kontrolować przemieszczenia końcówki SPM, po prostu poruszając ręką7. Osiąga się to poprzez sprzężenie SPM z komercyjnym systemem przechwytywania ruchu, którego niektóre specyfikacje podano poniżej. Zaletą "manipulacji sterowanej ręcznie" (HCM) jest zdolność eksperymentatora do szybkiego wypróbowania różnych trajektorii manipulacji i uczenia się na podstawie ich porażki lub sukcesu.

Konfiguracja HCM została użyta do przeprowadzenia eksperymentu potwierdzającego zasadę, w którym słowo ("JÜLICH") zostało umieszczone w zamkniętej warstwie cząsteczek bezwodnika peryleno-3,4,9,10-tetrakarboksylowego (PTCDA) na Ag(111), usuwając 48 cząsteczek, jedna po drugiej, za pomocą HCM7. Uniesienie cząsteczki z powierzchni rozszczepia jej międzycząsteczkowe wiązania wodorowe, które wiążą cząsteczki w monowarstwie10. Zazwyczaj całkowita siła obecnych wiązań międzycząsteczkowych przekracza siłę pojedynczego wiązania chemicznego między najbardziej zewnętrznym atomem końcówki a karboksylowym atomem tlenu PTCDA, przez który cząsteczka się styka (patrz rysunek 1). Może to doprowadzić do zerwania kontaktu końcówka-cząsteczka i późniejszej porażki próby manipulacji. Zadaniem eksperymentatora jest więc wyznaczenie trajektorii końcówki, która zrywa oporne wiązania międzycząsteczkowe sekwencyjnie, a nie równocześnie, tak aby całkowita siła przyłożona do kontaktu końcówka-cząsteczka nigdy nie przekraczała jej siły.

Chociaż pożądana trajektoria może być w zasadzie symulowana, ze względu na rozmiar i złożoność systemu, niezbędne symulacje zajęłyby zbyt dużo czasu. W przeciwieństwie do tego, przy użyciu HCM możliwe było usunięcie pierwszej cząsteczki po 40 minutach. Pod koniec eksperymentu ekstrakcja zajęła już znacznie mniej czasu, co potwierdza skuteczność procedury uczenia. Dodatkowo o dokładności i wszechstronności metody HCM świadczył akt odwrotnej manipulacji, w którym cząsteczka wyekstrahowana z sąsiedniego miejsca została wykorzystana do zamknięcia pustki pozostałej po błędnym usunięciu innej cząsteczki z monowarstwy.

Podejście do przechwytywania ruchu, choć szybkie i intuicyjne, ogranicza się do generowania danych o trajektorii końcówki. Dla dalszego systematycznego rozwoju nowych protokołów manipulacji molekularnej równie ważna jest możliwość przeglądania danych o trajektorii końcówki w czasie rzeczywistym, jak również analiza wcześniej wygenerowanych danych. W związku z tym funkcjonalność konfiguracji HCM została znacznie zwiększona poprzez dodanie gogli wirtualnej rzeczywistości, które pozwalają eksperymentatorowi zobaczyć dane wykreślone w wirtualnej scenie 3D, w której trajektoria końcówki jest wzmocniona przez wartości prądu (I) i przesunięcia częstotliwości (Δf) mierzone przez SPM w czasie rzeczywistym8 (patrz poniżej). Oprócz tego scena w rzeczywistości wirtualnej pokazuje model manipulowanej cząsteczki, który służy jako wizualne odniesienie do skali. W ten sposób konfiguracja HCM uzupełniona interfejsem rzeczywistości wirtualnej nadaje się do systematycznego mapowania przestrzeni trajektorii manipulacji i sukcesywnego udoskonalania obiecujących protokołów manipulacji. Poza tym system ułatwia również transfer wiedzy między różnymi eksperymentami. Poniższe akapity zawierają opis konfiguracji i niektóre jej specyfikacje, które są istotne w przypadku eksperymentów manipulacyjnych.

Eksperymenty są przeprowadzane w ultra-wysokiej próżni (UHV) przy podstawowym ciśnieniu 1 x 10-10 mbar z komercyjnym SPM składającym się z komory przygotowawczej i komory analitycznej. Komora preparcyjna wyposażona jest w: źródło Ar+ służące do rozpylania próbki, transfer próbki za pomocą manipulatora (umożliwia podgrzewanie i chłodzenie próbki), niskoenergetyczną dyfrakcję elektronów (LEED), dostosowaną do potrzeb klienta komórkę Knudsena (K-cell) zawierającą proszek PTCDA oczyszczony metodą sublimacji. Komora analityczna wyposażona jest w: kriostat kąpielowy LN2 o pojemności 12 l i czasie przetrzymywania 46 godzin, kriostat kąpielowy LHe (5 L, 72 godz.), BŌSOCKE11 chrząszcz SPM wyposażony w czujnik kamertonu12 (TFS) składający się z kwarcowego kamertonu z elektrycznie podłączoną końcówką PtIr (do pracy STM), który jest cięty i ostrzony przez skupioną wiązkę jonów (FIB) (rysunek 2).

figure-introduction-1
Rysunek 2. Czujnik kamertonu. (a) Obraz komercyjnego czujnika kamertonu z dołączoną końcówką PtIr. (b) Obraz SEM wierzchołka końcówki PtIr przeciętego za pomocą FIB. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

AFM działa w trybie modulacji częstotliwości (FM)13, gdzie TFS jest wzbudzany w rezonansie (f0 ≈ 31,080 Hz) z ditherem piezo. Sygnał piezoelektryczny oscylacyjnego kamertonu jest wzmacniany i wykorzystywany przez pętlę sprzężenia fazowego (PLL), która utrzymuje amplitudę oscylacji TFS na stałym poziomie i śledzi zmiany częstotliwości rezonansowej, Δf = f - f0, która wynika z gradientu siły działającej na końcówkę. Jak pokazano na rysunku 3, położenie końcówki SPM jest kontrolowane przez napięcia (ux,u y, uz) przyłożone do zestawu x-, y-, z-piezos (stałe piezoelektryczne przy 5 K: x=15, y=16, z=6 Å/V). Napięcia ux,u y, uz (±10 V przy rozdzielczości 20 bitów) są generowane na wyjściach elektronicznych SPM. Są one dodatkowo wzmacniane przez wzmacniacz wysokiego napięcia (HV), który ma maksymalne napięcie wyjściowe ±200 V.

figure-introduction-2
Rysunek 3. Schematy konfiguracji HCM. Pozycja (śledzonego obiektu) do portfolii, na której powierzchni zainstalowanych jest wiele źródeł podczerwieni (podczerwonych), jest śledzona przez dwie kamery na podczerwień systemu przechwytywania ruchu (MCS). Oprogramowanie TipControl uzyskuje współrzędne TO (x,y,z) z MCS i przekazuje je do zdalnego źródła napięcia (RVS), które generuje zestaw napięć (vx,v y,v z), które są sumowane z napięciami (ux,u,y,u z) wytwarzanymi przez elektronikę SPM w celu sterowania położeniem końcówki SPM. Dodane napięcie przechodzi przez wzmacniacz wysokiego napięcia (HV) i jest dalej doprowadzane do piezo-pozycjonowania końcówki SPM. Konfiguracja umożliwia ręczną kontrolę położenia końcówki, gdy pętla sprzężenia zwrotnego SPM (FB) jest otwarta. Pozycja (x,y,z) końcówki, a także I(x,y,z) i Δf(x,y,z) są przekazywane do oprogramowania VRinterface, które kreśli je w wirtualnej scenie 3D widzianej przez operatora noszącego wyświetlacz montowany na głowie (HMD). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Prąd tunelowy, który przepływa między końcówką SPM a powierzchnią, jest mierzony przez wzmacniacz transimpedancyjny o zmiennym wzmocnieniu, które waha się od 1 x 103 do 1 x 109 V/A (szerokość pasma przy wzmocnieniu 1 x 109 V/A wynosi 1 kHz). Wyjście wzmacniacza jest podawane do pętli sprzężenia zwrotnego STM (FB) w celu regulacji wysokości końcówki nad powierzchnią w trybie skanowania prądem stałym. Stabilność złącza (przy wyłączonej oscylacji TFS) wynosi 1-3 pm. Piezoelektryczny sygnał oscylacyjny TFS jest wzmacniany w dwóch etapach: (1) przedwzmacniacz przymocowany do ekranu LN2 (wzmocnienie 1 x 108 V/A, szerokość pasma 20 kHz) oraz (2) zewnętrzny wzmacniacz napięciowy o zmiennym wzmocnieniu od 1 x 101 do 5 x 104 i szerokości pasma 1 MHz.

Dla eksperymentów HCM, konfiguracja SPM jest rozszerzona o: system przechwytywania ruchu (MCS), zdalnie sterowane wielokanałowe źródło napięcia (RVS), wzmacniacz sumujący i wyświetlacz wirtualnej rzeczywistości montowany na głowie (HMD). Wszystkie wymienione urządzenia, z wyjątkiem wzmacniacza sumującego, zostały pozyskane komercyjnie.

MSC to system śledzenia znaczników w podczerwieni (IR), który umożliwia milimetrową rozdzielczość przemieszczeń przestrzennych z częstotliwością 100 Hz. System składa się z dwóch kamer na podczerwień, obiektu śledzącego (TO) i oprogramowania sterującego. Oprogramowanie MCS uzyskuje współrzędne x, y, z TO w przestrzeni 3D, analizując jego obrazy uzyskane przez dwie kamery. MCS udostępnia bibliotekę programistyczną, która umożliwia użycie współrzędnych TO w oddzielnym oprogramowaniu.

Współrzędne TO (xTO, yTO, zTO) są przekazywane do specjalnie opracowanego programu "TipControl". Rysunek 4 przedstawia zrzut ekranu graficznego interfejsu użytkownika. Oprogramowanie jest aktywowane przyciskiem "start" w oknie. Po aktywacji (τ=0) oprogramowanie ustawia wszystkie napięcia vx-, v,y-, vz, na RVS (zakres napięć ±10 V przy rozdzielczości 16 bitów, opóźnienie 50 ms na krok napięcia) zgodnie z następującym wyrażeniem figure-introduction-3etc., gdzie cx, c, y, cz są czynnikami, które przeliczają 5 cm przemieszczenia TO na 1 A przemieszczenie końcówki SPM. Współczynniki px(t), py(t), pz(t) mają wartości zdefiniowane przez stan pól wyboru x, y, z-w oknie oprogramowania. Jeśli to pole jest zaznaczone, odpowiadające mu p(t) jest ustawiane na 1. Wszystkie p(t) są ustawione na 0 w momencie naciśnięcia przycisku "pauza" w oknie oprogramowania. Dzięki temu operator może tymczasowo "zamrozić" położenie końcówki. Naciśnięcie przycisku "resetuj wszystko" w oknie oprogramowania ustawia napięcia vx-, v,y-, vz-na zero, co przywraca końcówkę do jej początkowej pozycji zdefiniowanej przez oprogramowanie SPM. Pole tekstowe "ręczne polecenie do RVS" w oknie oprogramowania może być użyte do ustawienia dowolnego z napięć v,x-, v,y-, vz-na dowolną wartość w dozwolonym zakresie ±10 V. Napięcia vx-, v,y-, vz generowane przez RVS są dodawane do wyjściowych sygnałów napięciowych ux-,u y-, uz elektroniki SPM za pośrednictwem wzmacniacza sumującego (wzmocnienie 1, szerokość pasma 50 kHz, zakres wyjściowy ±10 V).

figure-introduction-4
Rysunek 4. Zrzut ekranu okna interfejsu. Dwa wskaźniki pokazują stan połączenia z systemami MCS i RVS. Pola wyboru służą do aktywacji sterowania ręcznego wzdłuż wybranych osi przestrzennych. Przycisk "Start" inicjuje przepływ danych pomiędzy MCS, TipControl i RVS zgodnie ze schematem pokazanym na rysunku 3. Przycisk "Pauza" zatrzymuje przepływ danych. Przycisk "Resetuj wszystko" ustawia wszystkie napięcia RVS na zero. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Do wizualizacji danych eksperymentalnych (trajektoria końcówki, I, Δf) używany jest wyświetlacz montowany na głowie (HMD). Gogle zapewniają widok stereoskopowy (podzielony wyświetlacz HD — po jednej połowie na każde oko, 1 920 x 1 080 pikseli przy 75 Hz). Dedykowana kamera na podczerwień śledzi położenie i orientację gogli w przestrzeni 3D za pomocą diod IR umocowanych na powierzchni gogli. System śledzenia HMD pozwala operatorowi zmienić widok wewnątrz sceny wirtualnej rzeczywistości 3D poprzez obrót głowy lub po prostu ruch ciałem.

Specjalnie napisane oprogramowanie "VRinterface" zbiera dane zarówno z SPM, jak i MCS, renderuje je w scenie 3D za pomocą OpenGL i wyświetla w HMD za pomocą zestawu narzędzi do tworzenia oprogramowania HMDs (SDK). VRinterface pobiera rzeczywiste współrzędne x, y, z końcówki bezpośrednio z oprogramowania końcówki (opóźnienie kilku milisekund), podczas gdy sygnały I i Δf są odczytywane bezpośrednio z wyjść elektroniki SPM (opóźnienie ≈ 250 ms). Rysunek 5 przedstawia zrzut ekranu przedstawiający wirtualną scenę 3D widzianą przez operatora noszącego gogle podczas HCM. Wewnątrz wirtualnej sceny 3D wierzchołek wierzchołka jest renderowany jako biała kula. Kolorowanie zarejestrowanych trajektorii końcówek odzwierciedla wartości log(I(x,y,z)) lub Δf(x,y,z). Przełączanie między trybami kolorów log(I(x,y,z)) lub Δf(x,y,z) odbywa się za naciśnięciem jednego przycisku. Kolejny przycisk inicjuje rejestrację (i wyświetlanie) eksperymentalnych danych trajektorii końcówki. Po ponownym naciśnięciu przycisk zatrzymuje nagrywanie. Wirtualna scena pokazuje również statyczną cząsteczkę PTCDA, która jest używana jako pomoc wizualna podczas manipulacji. Operator ręcznie wyrównuje jego orientację, aby dopasować ją do orientacji rzeczywistej cząsteczki na powierzchni za pomocą przycisków na klawiaturze.

Uwaga: Ponieważ śledzenie głowy gogli opiera się na diodach IR, może zakłócać działanie MCS, ponieważ wykorzystuje również światło podczerwone do śledzenia pozycji TO. W związku z tym TO musi mieć unikalny kształt uznany przez MCS. Pomaga to MCS rozróżniać sygnały pochodzące z TO i te pochodzące z diod IR LED gogli.

figure-introduction-5
Rysunek 5. Obrazwirtualnej sceny 3D wyświetlanej operatorowi w goglach podczas HCM. Zestaw białych kul tworzy modelową powierzchnię Ag(111). Orientacja powierzchni modelu niekoniecznie musi pokrywać się z orientacją próbki. Model cząsteczki PTCDA umieszcza się nad powierzchnią modelu. Atomy C, O, H PTCDA są pokazane odpowiednio w kolorze czarnym, czerwonym i białym. Dla wygody orientacja azymutalna cząsteczki modelowej może być dostosowana tak, aby pasowała do orientacji rzeczywistej cząsteczki wybranej do manipulacji. Pozycja końcówki jest oznaczona pojedynczą białą kulą reprezentującą najbardziej zewnętrzny atom wierzchołka końcówki. Dane I(x,y,z) i Δf(x,y,z) w czasie rzeczywistym są wyświetlane jako wskaźniki słupkowe umieszczone obok końcówki. Wcześniej zarejestrowane, jak również aktualnie wykonane manipulacje są wyświetlane jako trajektorie 3D, których kolor reprezentuje wartości log(I(x,y,z)) lub Δf(x,y,z) mierzone w odpowiednich pozycjach trajektorii. Rysunek przedstawia trajektorie, które są pokolorowane sygnałem log(I(x,y,z)). Kontrast kolorów można przełączać między trybami log(I(x,y,z)) i Δf(x,y,z) za pomocą jednego przycisku. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

Uwaga: PTCDA może działać drażniąco na skórę lub oczy i dlatego należy obchodzić się z nim ostrożnie, używając odpowiednich rękawic. Prosimy o zapoznanie się z odpowiednimi broszurami dotyczącymi bezpieczeństwa. Ciecze kriogeniczne mogą wywoływać na skórze skutki podobne do oparzeń termicznych lub mogą powodować odmrożenia przy długotrwałym narażeniu. Zawsze noś okulary ochronne i odpowiednie rękawice kriogeniczne podczas pracy z cieczami kriogenicznymi. Gaz wytwarzany przez ciecze kriogeniczne jest bardzo zimny i zwykle cięższy od powietrza i może gromadzić się w pobliżu podłogi, wypierając powietrze. Gdy nie ma wystarczającej ilości powietrza lub tlenu, może dojść do uduszenia i śmierci. Prosimy o zapoznanie się z odpowiednimi broszurami dotyczącymi bezpieczeństwa.

1. Przygotowanie próbki

  1. Osadzanie PTCDA na Ag(111)
    Uwaga: Pokrycie monowarstwowe (ML) PTCDA powinno wynosić od 10 do 30% i koncentrować się na dużych, zwartych wyspach (rysunek 6). Ta sytuacja jest idealna do przeprowadzania eksperymentów manipulacyjnych przy wystarczającej ilości czystej metalowej powierzchni do przygotowania końcówki.
    1. Oczyść kryształ Ag(111) przed osadzaniem za pomocą standardowej procedury cykli napylania i wyżarzania14.
      1. Napylaj kryształ jonami Ar+ przez 15 minut. Użyj ciśnienia Ar o wartości 1 x 10-5 mbar, energii jonów 0,8 keV i kryształu w temperaturze pokojowej (RT).
      2. Wyżarzać próbkę w temperaturze 530 °C przez 15-30 min.
    2. Użyj komórki K PTCDA, aby umieścić 0,1-0,3 ml PTCDA na próbce Ag(111) w temperaturze RT14,
      UWAGA: Nie podano żadnych parametrów osadzania, ponieważ warunki osadzania mogą się różnić w zależności od konfiguracji.
    3. Po osadzeniu próbkę należy rozpędzić do temperatury 200 °C przez 2 minuty, aby poprawić uporządkowanie wysp PTCDA i zdesorbować ewentualne zanieczyszczenia.
    4. Opcjonalnie należy sprawdzić osadzanie za pomocą LEED, sprawdzając wzór dyfrakcyjny PTCDA na Ag(111)15.
    5. Użyj procedury specyficznej dla konfiguracji, aby przenieść próbkę do SPM. Zazwyczaj należy użyć manipulatora zdolnego do liniowego przenoszenia wewnątrz UHV i ewentualnie ręcznego drążka chybotliwego.
  2. Sprawdzić przygotowanie próbki w SPM.
    1. Po przeniesieniu próbki należy poczekać, aż temperatura SPM zbliży się do temperatury podstawowej (tutaj: 5 K). Czas trwania w opisanej konfiguracji wynosi około 1 godziny dla próbki schłodzonej do temperatury LN2 podczas przenoszenia.
    2. Użyj procedury specyficznej dla konfiguracji, aby zbliżyć końcówkę do powierzchni (w trybie prądu stałego), aż pojawi się prąd tunelowy.
    3. Wybierz napięcie niezrównoważenia wzmacniacza WN tak, aby uz = 0. Będzie to standardowe ustawienie w całym dokumencie, chyba że określono inaczej.
    4. Sprawdzić przygotowanie próbki, wykonując obrazy STM o stałym prądzie (wartość zadana: I = 0,1 nA, napięcie polaryzacji Vb = -0,35 V przyłożone do próbki, wzmocnienie wzmacniacza prądu 1 x 109 V/A) powierzchni. Podane parametry ułatwiają obrazowanie najniższego niezajętego orbitalu molekularnego (LUMO) PTCDA. Pomaga to zidentyfikować położenie karboksylowych atomów tlenu w cząsteczce wybranej do manipulacji (wstawka z rysunku 6).
    5. Przygotuj końcówkę, aż obrazy STM będą wyglądać podobnie jak na rysunku 6. Na przykład należy użyć impulsów 5-6 V w odległościach separacji końcówka-powierzchnia, które odpowiadają aktualnemu nastawie obrazowania lub przesunąć końcówkę o 7-10 A (od punktu stabilizacji) w kierunku czystej powierzchni Ag(111), przykładając Vb = 0,1 V do próbki. Wbij końcówkę głębiej w przypadku podwójnej końcówki. Nie używaj impulsów w pobliżu wysp PTCDA!

2. Konfiguracja operacji AFM z TFS

  1. Ustawić specyficzne dla systemu parametry PLL dla FM-AFM w taki sposób, aby możliwe było wykrywanie Δf przy akceptowalnych warunkach hałasu i prędkości wykrywania (np. szum 0,1-0,5 Hz w Δf w paśmie 7 Hz przy amplitudzie oscylacji TFS około 0,2-0,4 A).
  2. Sprawdź współczynnik Q (automatycznie obliczany przez oprogramowanie) i określ f0 TFS.
    1. Cofnąć końcówkę od powierzchni do maksymalnej odległości, jaką jest w stanie osiągnąć regulator SPM (np. ustawiając vz = -10 V, co w przypadku opisanej tutaj konfiguracji cofa końcówkę od powierzchni o około 180 A).
    2. Zapisz krzywą rezonansową (amplituda oscylacji TFS w funkcji częstotliwości sterowania przy stałej amplitudzie wzbudzenia TFS) za pomocą oprogramowania SPM.
    3. Odczytaj częstotliwość rezonansową f0 jako położenie maksimum krzywej rezonansowej na osi częstotliwości. Współczynnik Q jest obliczany przez oprogramowanie na podstawie szerokości piku rezonansowego. Współczynnik Q opisanej konfiguracji waha się w zakresie od 50 000 do 70 000 (rysunek 7).
  3. Umieść końcówkę na czystej powierzchni Ag(111) i skalibruj amplitudę oscylacji TFS zgodnie z ref. 16.

3. Integracja MCS z konfiguracją SPM

  1. Zmontuj i skalibruj MCS zgodnie z instrukcją uzyskaną od producenta. Kalibracja obejmuje ustawienie początku układu współrzędnych MCS.
  2. Postępując zgodnie z instrukcją systemową, włącz TO i dodaj go jako śledzony obiekt w oprogramowaniu MCS.
  3. Sprawdź, czy śledzenie działa poprawnie, przesuwając TO w woluminie wykrywania i podążając za jego pozycją wyświetlaną przez oprogramowanie MCS.
  4. Przetestuj połączenie między RVS a oprogramowaniem, wysyłając polecenie testowe do RVS z okna (patrz Rysunek 4).
  5. Przetestuj połączenie między MCS, RVS i TipControl.
    1. Sprawdź, czy napięcia v,x-, v,y-, vz, RVS są ustawione na 0 V i zresetuj je w razie potrzeby.
      1. Wycofać końcówkę z powierzchni (2.2.1).
      2. Naciśnij przycisk "resetuj wszystko" w oknie oprogramowania, aby zresetować vx-, v,y-, vz -voltages na wyjściu RVS.
      3. Zbliżyć końcówkę z powrotem do powierzchni z zamkniętą pętlą FB (1.2.2).
    2. Umieść końcówkę na czystej powierzchni Ag(111) za pomocą funkcji specyficznej dla konfiguracji oprogramowania SPM.
    3. Zaznacz pola wyboru x, y, z w oknie oprogramowania. Aktywuje to tryb ręcznego sterowania pozycją końcówki wzdłuż wszystkich trzech osi przestrzennych.
    4. Naciśnij "start" w oknie oprogramowania.
    5. Upewnij się, że napięcia v,x-,v, y-, v,z generowane przez RVS prawidłowo reagują na ruch TO wzdłuż każdej z osi. Poruszając się wzdłuż osi z (pionowo do powierzchni), monitoruj reakcję pętli FB, która próbuje skompensować przyłożone od RVS vz-napięcie.
    6. Naciśnij "pauza" w oknie oprogramowania.
    7. Naciśnij "zresetuj wszystko" w oknie oprogramowania.

4. Integracja gogli w konfiguracji SPM

  1. Upewnij się, że gogle są podłączone, a wszystkie niezbędne sterowniki są zainstalowane zgodnie z instrukcją producenta.
  2. Uruchom VRinterface i upewnij się, że poprawnie renderuje powierzchnię modelu, zaadsorbowaną cząsteczkę i końcówkę (patrz rysunek 5).
  3. Wyrównaj orientację układu współrzędnych sceny rzeczywistości wirtualnej 3D widocznej w goglach do osi współrzędnych MCS.
  4. Załóż gogle. W razie potrzeby zmień położenie gogli na głowie, wykonując następujące czynności, aby wyświetlić scenę VR lub środowisko laboratoryjne, klawiaturę i monitor komputerowy.
  5. Przetestuj transmisję danych na żywo sygnałów I i Δf z elektroniki SPM, np. poprzez zmianę nastawy prądu tunelowania w oprogramowaniu SPM.
    1. Zaznacz pola wyboru x, y, z w oknie oprogramowania.
    2. Podnieś TO i naciśnij przycisk "start" w oknie oprogramowania.
    3. Przesuń DO i sprawdź, czy kula reprezentująca końcówkę porusza się prawidłowo w wirtualnej scenie 3D.
    4. Trzymaj rękę trzymającą przycisk TO nieruchomo, aż zostanie naciśnięty przycisk "pauza" w oknie oprogramowania.
    5. Odłóż DO.
    6. Naciśnij przycisk "zresetuj wszystko" w oknie oprogramowania.

5. Przygotowanie SPM do manipulacji pojedynczymi cząsteczkami PTCDA

  1. Ustaw STM w trybie prądu stałego z parametrami ułatwiającymi kontrast LUMO dla PTCDA i tym samym pozwalając na określenie orientacji molekularnej (wartość zadana: I = 0,1 nA, napięcie polaryzacji Vb = -0,35 V przyłożone do próbki, wzmocnienie wzmacniacza prądowego 1 x 109 V/A).
  2. Upewnij się, że końcówka jest dobrze przygotowana do manipulacji.
    1. Obraz PTCDA. W oprogramowaniu SPM wprowadź parametry skanowania (obszar do skanowania (np. 300 x 300 Å2), nastawy pętli sprzężenia zwrotnego: I = 0,1 nA i Vb = -0,35 V, prędkość skanowania = 150 nm/s) i naciśnij przycisk "start" w oprogramowaniu SPM. Rozdzielczość obrazu musi być podobna do przedstawionej na rysunku 6.
    2. Upewnij się, że Δf, które występuje, gdy końcówka jest przesuwana z kontaktu tunelowego na dużą odległość od powierzchni (>100 A), nie jest dużo większe niż 5-7 Hz.
    3. W przypadku, gdy którykolwiek z powyższych warunków nie jest spełniony, należy powtórzyć przygotowanie końcówki na czystej powierzchni Ag(111) (1.2.5).
  3. Znajdź obszar odpowiedni do manipulacji.
    1. Użyj oprogramowania SPM, aby znaleźć obszar podobny do pokazanego na rysunku 6, który zawiera wyspę PTCDA i pewien obszar czystej powierzchni Ag(111). W razie potrzeby użyj czystego obszaru, aby zmienić kształt końcówki między różnymi próbami manipulacji.
    2. Wybierz cząsteczkę wewnątrz wyspy PTCDA do manipulacji i zapisz szczegółowy obraz STM (np. 50 x 50 Å2), jak pokazano na rysunku 6. Wybierz "SetXYOffset - Top" z menu rozwijanego i wybierz obszar dla szczegółowego obrazu, klikając większy obraz ogólny.
      UWAGA: Nie ma specjalnych kryteriów, ponieważ wszystkie cząsteczki wewnątrz wyspy (około 3 cząsteczki od krawędzi) można uznać za równe do manipulacji. Na cząsteczce lub obok niej nie powinien być widoczny żaden "brud". Takie zabrudzenia spowodowałyby nieregularny kontrast na obrazie.
  4. Sprawdź zdolność końcówki do wiązania się z cząsteczką PTCDA.
    1. Umieść końcówkę nad jednym z dwóch karboksylowych atomów tlenu PTCDA (oznaczonych na rysunku 6) za pomocą funkcji specyficznej dla konfiguracji oprogramowania SPM. Wybierz "SetXYOffset - Top", a następnie kliknij odpowiedni obraz.
    2. Rejestruj widmo, w którym końcówka jest przesuwana pionowo w kierunku powierzchni o 3-5 A, a I(z) jest rejestrowane za pomocą funkcji specyficznych dla konfiguracji oprogramowania SPM.
      1. Ustaw stałe napięcie polaryzacji Vb (np. 6 mV) i zdefiniuj rampę wysokości końcówki, aby zbliżyć się i schować końcówkę od powierzchni (np. 4 A bliżej i z powrotem). Następnie kliknij na przycisk "vert. manip" w oprogramowaniu SPM i wybierz pozycję na ostatnio zarejestrowanym obrazie STM, w której ma zostać wykonana manipulacja pionowa.
    3. Sprawdź, czy zarejestrowane I(z) wykazuje tworzenie się kontaktu między końcówką a cząsteczką w postaci ostrego (poza rozdzielczość z rejestrowanego widma) wzrostu prądu I(z). Zazwyczaj kontakt jest wystarczająco silny, aby podnieść 0,5-3 A poprzez pionowe wciągnięcie końcówki (patrz rysunek 8).
      1. Jeśli krzywa I(z) nie wykazuje ostrego formowania kontaktu, spróbuj wykonać jedną z następujących czynności:
        1. Zmień nieznacznie boczne położenie końcówki i powtórz procedurę podejścia.
        2. Wykonaj delikatne formowanie końcówki (1.2.5) i spróbuj ponownie zetknąć się z cząsteczką, aż zostanie zarejestrowane zachowanie kontaktowe, takie jak pokazane na rysunku 8.
  5. Poczekaj, aż pełzanie piezoelektryczne zniknie (około 2-4 godzin).
    UWAGA: Wielkość dryftu określa stabilność punktu kontaktowego podczas HCM, a tym samym to, jak długo można wykonywać kolejne manipulacje z tą samą cząsteczką bez ponownego skanowania obszaru.
    1. Przetestuj pełzanie wzdłuż kierunków x, y, porównując dwa szczegółowe obrazy STM wybranego obszaru operacyjnego, zarejestrowane w odstępie czasu, np. 5 minut. Poczekaj, aż dryft między dwoma kolejnymi obrazami będzie mniejszy niż 0,5 A.
    2. Zbadaj pełzanie w kierunku z, rejestrując uz(t) przyłożone przez pętlę FB w ciągu 1 minuty i oblicz szybkość dryftu. duz(t)/dt powinno wynosić około 0,2 A/h .

6. Przygotowanie do manipulacji sterowanej ręką (HCM)

  1. Upewnij się, że wszystkie odpowiednie programy są uruchomione i że transfer danych między podłączonymi urządzeniami działa poprawnie: MCS, TipControl, RVS, VRinterface, elektronika HMD i SPM.
  2. Upewnij się, że orientacja układu współrzędnych gogli jest wyrównana z osiami współrzędnych MCS.
  3. Dopasuj obraz cząsteczki pokazany jako pomoc wizualną w interfejsie VR do orientacji rzeczywistej cząsteczki, która ma być manipulowana w eksperymencie.
    1. Ustaw gogle HMD wzdłuż jego układu współrzędnych i ustaw je tak, aby punkt widzenia znajdował się nad cząsteczką odniesienia. Dopasuj cząsteczkę referencyjną w interfejsie VR do zobrazowanej cząsteczki w oprogramowaniu SPM, naciskając odpowiednie przyciski na klawiaturze, aby obrócić ją zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.
  4. Sprawdź, czy napięcia v,x-,v, y-, vz, RVS są ustawione na 0 V i zresetuj je w razie potrzeby (3.5.1).
  5. Ponownie zeskanuj cząsteczkę PTCDA wybraną do manipulacji za pomocą STM w trybie prądu stałego.
  6. Umieść końcówkę nad karboksylowym atomem tlenu wybranym do manipulacji, korzystając z odpowiedniej funkcji oprogramowania SPM. Użyć właściwego punktu kontaktowego, jak określono w ppkt 5.4.
  7. Aktywuj PLL i ustaw tryb regulacji amplitudy. Ustawić amplitudę oscylacji tak niską, jak to możliwe (np. 0,2-0,4 A), ale na tyle wysoką, aby możliwe było wykrycie Δf przy akceptowalnych warunkach hałasu i prędkości wykrywania (patrz 2.1).
  8. Otwórz pętlę FB. Wprowadź 0 dla wartości integratora w oknie parametrów oprogramowania SPM.
  9. Ustaw odchylenie złącza na kilka mV w oknie parametrów oprogramowania SPM. Wprowadź wartość 0,007, aby przyłożyć 7 mV do powierzchni.
  10. Ustaw wzmocnienie wzmacniacza prądowego na 1 x 107 V/A w oknie parametrów oprogramowania SPM.

7. Użyj HCM do kontrolowanej manipulacji PTCDA

  1. Załóż gogle i zabierz DO. W razie potrzeby umieść gogle na głowie użytkownika, wykonując następujące czynności, aby wyświetlić scenę VR lub środowisko laboratoryjne, klawiaturę i monitor komputera.
  2. Ustaw kontrast kolorów zarejestrowanych trajektorii na log(I(x,y,z)) w interfejsie VR, naciskając odpowiedni przycisk.
  3. Zaznacz punkt kontaktowy w wirtualnej scenie 3D. Ta "kotwica" pomaga łatwo odnaleźć kontakt do dalszych prób manipulacji za pomocą HCM bez konieczności resetowania RVS.
    1. Aktywuj sterowanie ręczne wzdłuż osi z tylko poprzez zaznaczenie odpowiedniego pola wyboru w oprogramowaniu końcówki, pozostawiając niezaznaczone pola wyboru x, y.
    2. Przesuń TO w dół, obserwując sygnały I(0,0,z) i Δf(0,0,z) w czasie rzeczywistym w scenie wirtualnej. Zatrzymaj ruch TO, gdy sygnały I(0,0,z) i Δf(0,0,z) pokazują jednoczesny gwałtowny skok, sygnaturę formacji styku (patrz rysunek 8).
    3. Rozpocznij nagrywanie trajektorii w interfejsie VR, naciskając odpowiedni przycisk i zacznij przesuwać TO w górę.
    4. Zatrzymaj rejestrację trajektorii w interfejsie VR, gdy tylko kontakt między cząsteczką a końcówką pęknie, naciskając odpowiedni przycisk. Sygnatura to jednoczesny gwałtowny spadek sygnałów I(x,y,z) i Δf(x,y,z).
    5. Naciśnij przycisk "pauza" w oprogramowaniu końcówki, aby wyłączyć sterowanie ręczne.
  4. Aktywuj ręczne sterowanie ruchem końcówki wzdłuż wszystkich osi przestrzennych, zaznaczając pola wyboru x, y, z w oprogramowaniu i naciśnij przycisk "start" w oprogramowaniu końcówki.
  5. W przypadku, gdy formacja punktu styku odbiega od punktu "zakotwiczonego" w wirtualnej scenie po manipulacji (z powodu dryftu lub jakiejkolwiek zmiany wierzchołka końcówki), w razie potrzeby skoryguj położenie końcówki i stan końcówki.
    1. Przesuń końcówkę z powrotem do pozycji wyjściowej przed rozpoczęciem sterowania ręcznego, przesuwając przycisk TO, obserwując ruch białej kuli w wirtualnej scenie.
    2. Naciśnij przycisk "pauza" w oprogramowaniu końcówki, aby wyłączyć sterowanie ręczne.
    3. Naciśnij przycisk "resetuj wszystko" w oprogramowaniu końcówki, aby zresetować vx-, v,y-, vz-voltages RVS do 0 V.
    4. Ustaw STM z powrotem w trybie prądu stałego z parametrami ułatwiającymi kontrast LUMO dla PTCDA (patrz 1.2.4).
    5. Ponownie zeskanować cząsteczkę wybraną do manipulacji i umieścić końcówkę we właściwym miejscu nad wybranym karboksylowym atomem tlenu (określonym w ppkt 5.4) za pomocą funkcji specyficznych dla konfiguracji oprogramowania SPM. W razie potrzeby przygotuj końcówkę w pobliskim miejscu (w odległości <300 A), aby zmniejszyć resztki pełzania piezoelektrycznego.
    6. Uruchom ponownie protokół w kroku 7.1.
  6. Spróbuj znaleźć udaną trajektorię podnoszenia, w której cząsteczka, z którą się styka, jest całkowicie oderwana od powierzchni na końcu trajektorii.
    1. Zbliż się do punktu, w którym "kotwica" wykazała utworzenie kontaktu końcówka-cząsteczka, przesuwając DO, jednocześnie śledząc ruch kuli reprezentującej aktualną pozycję końcówki w scenie wirtualnej. Jak tylko kontakt zostanie nawiązany, rozpocznij rejestrowanie nowej trajektorii w interfejsie VR.
    2. Pociągnij cząsteczkę w kierunku odpowiednim do podniesienia (rysunek 10), odpowiednio przesuwając DO. Jeśli zostanie wykryte pęknięcie kontaktu końcówka-cząsteczka, przerwij rejestrowanie trajektorii. Wróć do punktu kontaktowego, rozpocznij rejestrację trajektorii podczas tworzenia kontaktu i wykonaj inną manipulację.
    3. Przełącz na Δf(x,y,z) kontrast kolorów rejestrowanych trajektorii poprzez wciśnięcie odpowiedniego przycisku w interfejsie VR w większych odległościach od powierzchni (przy około 7 A przy wzmocnieniu wzmacniacza prądowego 107 V/A), ponieważ sygnał I(x,y,z) szybko zanika z dala od powierzchni. Tutaj Δf(x,y,z) staje się jedynym wskaźnikiem obecności cząsteczki (patrz rysunek 1). Gdy kontakt cząsteczka-wierzchołek zostanie utracony, Δf(x,y,z) skacze (blisko) do zera i nie zmienia się już nawet po zbliżeniu się do powierzchni na 1-3 A.
    4. Jeśli kontakt końcówka-cząsteczka jest nadal stabilny na poziomie z > 10 A, uważaj na sygnaturę w Δf(x,y,z), gdzie pokazuje płynne przejście do zera po odciągnięciu cząsteczki od powierzchni. Jest to sygnatura udanego podnoszenia cząsteczki (patrz rysunek 1).
    5. Sprawdź, czy cząsteczka jest całkowicie oderwana od powierzchni i zwisa na końcówce.
      1. Przesuń TO w górę, aby sprawdzić, czy Δf(x,y,z) pozostaje na zero przy dalszym chowaniu końcówki.
      2. Przesuń TO w dół, aby sprawdzić, czy Δf(x,y,z) wzrasta po zbliżeniu się do powierzchni o 1-3 A poza wysokość, na której wykryto sygnaturę pomyślnego podnoszenia.
  7. Umieść podniesioną cząsteczkę na czystej powierzchni Ag(111).
    1. Po udanym podniesieniu przesuń TO do góry, aby cofnąć końcówkę o dodatkowe 10-20 A od powierzchni. Zmniejsza to wszelkie oddziaływanie podnoszonej cząsteczki z powierzchnią.
    2. Naciśnij przycisk "pauza" w oprogramowaniu końcówki, aby ustalić aktualną pozycję końcówki i wyłączyć sterowanie ręczne.
    3. Nie włączając pętli FB, użyj specyficznej dla konfiguracji funkcji oprogramowania SPM, aby ustawić końcówkę nad czystą powierzchnią Ag(111) w pewnej odległości (np. 50-100 A) od wyspy, na której cząsteczka została wyekstrahowana. Wybierz "SetXYOffset - Top", a następnie kliknij odpowiedni obraz.
    4. Ustaw wzmocnienie wzmacniacza prądowego na 1 x 109 V/A.
    5. Zaznacz tylko pole wyboru Z w oprogramowaniu końcówki i naciśnij przycisk "start" w oprogramowaniu końcówki.
    6. Przesuń DO, aby zbliżyć się do powierzchni, aż pojawi się mierzalne I(z).
    7. Naciśnij przycisk "pauza" w oprogramowaniu końcówki, aby wyłączyć sterowanie ręczne.
    8. Stopniowo zwiększaj Vb (maks. Vb ≈ 0,5 V, przy wyższym Vb cząsteczka może zostać uszkodzona) za pomocą suwaka sterowanego myszą w oprogramowaniu SPM, aż nastąpi jednoczesny skok I i Δf, co oznacza, że cząsteczka spadła na powierzchnię. Jeśli cząsteczka nie może zostać ponownie osadzona, końcówka musi zostać oczyszczona do dalszych eksperymentów, np. za pomocą impulsów napięciowych (1.2.5).
    9. Zeskanuj obszar w trybie prądu stałego (1.2.4) i sprawdź, czy cząsteczka rzeczywiście została osadzona z powrotem na powierzchni.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Uwaga: Ta część pokazuje prace opublikowane w7,8.

Stosując HCM do problemu podnoszenia PTCDA/Ag(111) z warstwy, byliśmy w stanie napisać wzór poprzez sekwencyjne usuwanie pojedynczych cząsteczek (Rysunek 9). W sumie usunięto 48 cząsteczek, z których 40 można było ponownie zdeponować w czystym Ag (111), co pokazuje, że cząsteczki pozostają nienaruszone podczas procesu manipulacji. Pozw...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Podobnie jak inne metody oparte na SPM, eksperymenty z manipulacją molekularną opisane w tym artykule również zależą w pewnym stopniu od właściwości końcówki SPM. Struktura wierzchołka końcówki (której nie można w pełni kontrolować) decyduje o sile wiązania końcówka-cząsteczka. W związku z tym siła kontaktu końcówka-cząsteczka może się znacznie różnić, a co za tym idzie, czasami może być zbyt niska. W związku z tym w protokole odnosimy się do kilku podstawowych testów jakości końcówki i procedur leczenia końcówek. Jednak...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia i nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Podziękowania

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

Autorzy nie mają żadnych podziękowań.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
LN2uwaga: ciecz kriogeniczna
LHeuwaga: ciecz kriogeniczna
Uwaga PTCDA: substancja drażniąca
Ogniwo Knudsena (K-cell)niestandardowe
SpecyfikacjaErLEEDużywane z zasilaczem ErLEED 1,000 A
combient LT NC-AFM/STMCzujnik Createc
qPlusPrzedwzmacniacz CreatecTFS
Wzmacniacz Createcdo strojenia sygnału widełkowego przymocowany do ekranu LN2 (stopień 1)
Niskoszumowy przedwzmacniacz napięciowyStandford Research SystemSR560zewnętrzny wzmacniacz do strojenia sygnału widełkowego (stopień 2)
Wzmacniacz prądowy o zmiennym wzmocnieniu o niskim poziomie szumówFemtoWzmacniacz DLPCA-200do tunelowania prądu
BonitaViconB10, SN: MXBN-0B10-3658Kamera MCS na podczerwień
Urządzenie do interakcji ApexViconSN: AP0062kalibracyjna MCS do śledzenia obiektów (TO)
MX Obiekt kalibracjiViconMCS
TrackerViconMCS
Zasilacznapięcia serii BSWzmacniacz sumujący stahl-electronicsBS 1-4RVS
 niestandardowy, wzmocnienie 1, oparty na wzmacniaczu operacyjnym TL072
Zestaw rozwojowy Oculus Rrift 2Oculus VRHMD
TipControlNiestandardowe oprogramowanie
InterfejsOprogramowanie napisane na zamówienie
Różdżka Oprogramowanie VR

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Barth, J. V., Costantini, G., Kern, K. Engineering atomic and molecular nanostructures at surfaces. Nature. 437, 671-679 (2005).
  2. Otero, R., Rosei, F., Besenbacher, F. Scanning tunneling microscopy manipulation of complex organic molecules on solid surfaces. Annu. Rev. Phys. Chem. 57, 497-525 (2006).
  3. Urgel, J. I., Ecija, D., Auwärter, W., Barth, J. V. Controlled Manipulation of Gadolinium Coordinated Supramolecules by Low-Temperature Scanning Tunneling Microscopy. Nano Lett. 14, 1369-1373 (2014).
  4. Fournier, N., Wagner, C., Weiss, C., Temirov, R., Tautz, F. S. Force-controlled lifting of molecular wires. Phys. Rev. B. 84, 035435(2011).
  5. Wagner, C., Fournier, N., Tautz, F. S., Temirov, R. Measurement of the Binding Energies of the Organic-Metal Perylene-Tetracarboxylic-Dianhydride/Au(111) Bonds by Molecular Manipulation Using an Atomic Force Microscope. Phys. Rev. Lett. 109 (7), 076102(2012).
  6. Wagner, C., et al. Non-additivity of molecule-surface van der Waals potentials from force measurements. Nat. Commun. 5, 5568(2014).
  7. Green, M. F. B., et al. Patterning a hydrogen-bonded molecular monolayer with a hand-controlled scanning probe microscope. Beilstein Journal of Nanotechnology. 5, 1926-1932 (2014).
  8. Leinen, P., et al. Virtual reality visual feedback for hand-controlled scanning probe microscopy manipulation of single molecules. Beilstein J. Nanotechnol. 6, 2148-2153 (2015).
  9. Wagner, C., et al. Scanning Quantum Dot Microscopy. Phys. Rev. Lett. 115 (2), 026101(2015).
  10. Mura, M., et al. Experimental and theoretical analysis of H-bonded supramolecular assemblies of PTCDA molecules. Phys. Rev. B. 81 (19), 195412(2010).
  11. Besocke, K. An easily operable scanning tunneling microscope. Surf. Sci. Lett. (1-2), 145-153 (1987).
  12. Giessibl, F. J. Advances in atomic force microscopy. Rev. Mod. Phys. 75 (3), 949-983 (2003).
  13. Albrecht, T. R., Grütter, P., Horne, D., Rugar, D. Frequency modulation detection using high-Q cantilevers for enhanced force microscope sensitivity. J. Appl. Phys. 69 (2), 668-673 (1991).
  14. Temirov, R., Lassise, A., Anders, F. B., Tautz, F. S. Kondo effect by controlled cleavage of a single-molecule contact. Nanotechnology. 19 (6), 065401(2008).
  15. Glöckler, K., et al. Highly ordered structures and submolecular scanning tunnelling microscopy contrast of PTCDA and DM-PBDCI monolayers on Ag(111) and Ag(110). Surf. Sci. 405 (1), 1-20 (1998).
  16. Simon, G. H., Heyde, M., Rust, H. -P. Recipes for cantilever parameter determination in dynamic force spectroscopy: spring constant and amplitude. Nanotechnology. 18 (25), 255503(2007).
  17. Rohlfing, M., Temirov, R., Tautz, F. S. Adsorption structure and scanning tunneling data of a prototype organic-inorganic interface PTCDA on Ag (111). Phys. Rev. B. 76 (11), 115421(2007).
  18. Guthold, M., et al. Controlled Manipulation of Molecular Samples with the nanoManipulator. IEEE/ASME Trans. Mechatronics. 5 (2), 189-198 (2000).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Manipulacje molekularneniskotemperaturowy AFM STMsystem motion capturecz steczka PTCDAwidmo pr dowo odleg o ciowekontakt cz steczki z ko c wkkontrola wizualizacji 3D

Powiązane artykuły