Prezentujemy protokół tworzenia w czasie rzeczywistym filmu pakietu molekularnej fali rotacyjnej przy użyciu wysokorozdzielczego zestawu do obrazowania eksplozji kulombowskiej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Bezpośrednie obrazowanie ultraszybkiej rotacji molekularnej sterowanej laserem
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Prezentujemy metodę wizualizacji indukowanej laserem, ultraszybkiej dynamiki pakietów molekularnych fal rotacyjnych. Opracowaliśmy nowy dwuwymiarowy zestaw do obrazowania eksplozji kulombowskiej, w którym realizowany jest dotychczas niepraktyczny kąt kamery. W naszej technice obrazowania cząsteczki dwuatomowe są naświetlane silnym impulsem laserowym o polaryzacji kołowej. Wyrzucane jony atomowe są przyspieszane prostopadle do rozchodzenia się lasera. Jony leżące w płaszczyźnie polaryzacji lasera są selekcjonowane za pomocą mechanicznej szczeliny i obrazowane za pomocą wysokowydajnego, 2-wymiarowego detektora zainstalowanego równolegle do płaszczyzny polaryzacji. Ponieważ używany jest kołowo spolaryzowany (izotropowy) impuls eksplozji kulombowskiej, obserwowany rozkład kątowy wyrzucanych jonów bezpośrednio odpowiada kwadratowej funkcji fali obrotowej w czasie naświetlania impulsem. Aby stworzyć film rotacji molekularnej w czasie rzeczywistym, obecna technika obrazowania jest połączona z konfiguracją optyczną pompa-sonda femtosekundowa, w której impulsy pompy tworzą jednokierunkowo obracające się zespoły molekularne. Ze względu na wysoką przepustowość obrazu naszego systemu detekcji, warunki eksperymentalne pompa-sonda mogą być łatwo zoptymalizowane poprzez monitorowanie migawki w czasie rzeczywistym. W rezultacie, jakość obserwowanego filmu jest wystarczająco wysoka, aby zobrazować szczegółową falową naturę ruchu. Zauważamy również, że obecna technika może być zaimplementowana w istniejących standardowych konfiguracjach obrazowania jonów, oferując nowy kąt kamery lub punkt widzenia dla układów molekularnych bez konieczności rozległych modyfikacji.
Wprowadzenie
Dla głębszego zrozumienia i lepszego wykorzystania dynamicznej natury molekuł, niezbędna jest wyraźna wizualizacja interesujących ruchów molekularnych. Czasowo-rozdzielcze obrazowanie eksplozji kulombowskiej jest jednym z potężnych podejść do osiągnięcia tego celu1,2,3. W tym podejściu dynamika molekularna, będąca przedmiotem zainteresowania, jest inicjowana przez ultrakrótkie pole lasera z pompą, a następnie jest badana przez opóźniony w czasie impuls sondy. Po napromieniowaniu sondą cząsteczki są wielokrotnie jonizowane i rozbijane na jony fragmentacyjne w wyniku odpychania....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
UWAGA: W niniejszym protokole wyjaśniamy, jakie działania podjęliśmy w celu opracowania obecnej metody. Dokładne parametry, w tym konstrukcja komory i układu optycznego oraz rozmiary i typy poszczególnych części, nie zawsze są niezbędne do zastosowania niniejszego systemu w aparaturze czytelnika. Istota procedur zostanie przedstawiona w formie uwag w każdym kroku.
1. Budowa aparatury do obrazowania w przekroju 2D
UWAGA: Na każdym etapie tego kroku wszystkie dostępne komercyjnie części i urządzenia, takie jak pompa próżniowa oraz detektor, są instalowane zgodnie z instrukcjami producenta lub instrukcjami obsługi.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Rycina 4A przedstawia surowe zdjęcie z samym impulsem sondy, ukazujące jony N2+ wyrzucone podczas naświetlania sondą (eksplozja kulombowska), wykonane dla jednego strzału lasera sondy. Każda jasna plamka odpowiada jednemu jonowi. Rycina 4B przedstawia obraz sumaryczny z 10 000 binaryzowanych surowych zdjęć z kamery. Obrazy te pokazują, że nasz układ obrazowania pozwala monitorować cząsteczki o wszystkich kątach orientacji w płaszczyźnie.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Obecna procedura umożliwia nam uchwycenie filmu rotacji molekularnej w czasie rzeczywistym za pomocą zestawu obrazowania 2D opartego na szczelinie. Ponieważ obserwowane jony przechodzą przez szczelinę, krok 1,5 jest jednym z krytycznych kroków. Krawędzie ostrzy szczelinowych muszą być ostre. W przypadku niewielkiej defektu, takiej jak wgniecenie o szerokości 0,3 mm w szczelinie, na obrazie jonowym obserwuje się rysę (ryc. 6). W takim przypadku ostrze szczelinowe należy wypolerować mokrym papierem ścierny.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Ta praca była częściowo wspierana przez granty KAKENHI z Japońskiego Towarzystwa Promocji Nauki (JSPS) oraz Ministerstwa Edukacji, Kultury, Sportu, Nauki i Technologii (MEXT) Japonia (#26104539, #26620020, #26810011, #15H03766, #15KT0060, #16H00826 i #16K13927); Fundacji Nauki i Technologii Konica Minolta; programu "Sadzenie nasion do badań" TokyoTech; Projektu Naukowego Obrazowania Centrum Nowatorskich Inicjatyw Naukowych (CNSI) pod adresem Narodowe Instytuty Nauk Przyrodniczych (NINS) (#IS261006); wspólny program RIKEN-IMS "Extreme Photonics" oraz Konsorcjum na rzecz Nauki i Technologii Photonów (CPhoST).
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kamera CMOS | Toshiba TELI | BU-238M-ES | wyposażona w czujnik SONY IMX174 |
| Przełącznik wysokiego napięcia | Behlke | HTS-41-03-GSM | |
| Przełącznik wysokiego napięcia | Behlke | HTS-80-03 | |
| Cyfrowy generator opóźnienia | Systemy badawcze Stanford | DG535 | |
| Cyfrowy generator opóźnienia | Systemy badawcze Stanford | DG645 | |
| Płytka mikrokanalikowa | Photonis | 3075 | |
| Zawór impulsowy | LAMID LTD | Zawór Even-Lavie | Model o wysokiej powtarzalności w temperaturze pokojowej |
| Skimmery wiązki molekularnej | Instytut Nauk Molekularnych | 13C11 | 3 i 1,5 mm otwór centralny, pełny kąt wewnętrzny 25 stopni i długość ~50 mm |
| Komparator optyczny | Nikon | V-24B | |
| DPSS laser | Lighthouse Photonics Sprout | ||
| Femtosecond Ti:Sapphire oscylator | KMLabs | Halcyon | |
| Femtosecond Ti: Szafirowy wzmacniacz | Quantronix | Odin-II HE | |
| Zmotoryzowany stolik liniowy | Sigma Koki | KST(GS)-100X | |
| Ręczny stopień X | Sigma Koki | TSD-601S Uchwyt lustrzany | |
| o wysokiej rozdzielczości | Newport | Suprema SX100-F2KN-254 | |
| Uchwyt lustrzany o wysokiej rozdzielczości | LIOP-TEC GmbH | SR100-100R-2-HS | |
| Kontroler polaryzacji | Paradygmat Urządzenia, Inc. | O-tool VIS | |
| Interfejs komunikacyjny przyrządu | National Instruments | NI-MAX | |
| Graficzne środowisko programistyczne dla programów pomiarowych | National | Instruments LabVIEW 2014 | |
| Laserowe liniowe lustro dielektryczne | CVI/LEO | TLM2-400/800-45UNP | |
| Laserowe lustro dielektryczne | Altechna | Low GDD Ultraszybkie lustro | |
| Laserowe lustro dielektryczne | Altechna | Low GDD Ultraszybkie lustro | |
| Femtosekundowy polaryzator | Zaawansowane cienkie folie | PBS-GVD |
Bibliografia
- Stapelfeldt, H., Constant, E., Sakai, H., Corkum, P. B. Time-resolved Coulomb explosion imaging: A method to measure structure and dynamics of molecular nuclear wave packets. Phys. Rev. A. 58, 426-433 (1998).
- Hishikawa, A., Matsuda, A., Fushitani, M., Takahashi, E. J. Visualizing Recurrently Migrating Hydrogen in Acetylene Dication by Intense U....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
