Name: Direct Imaging da Laser-driven Ultrafast rotação Molecular (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: Aprenda a capturar imagens em tempo real da rotação molecular ultrarrápida usando uma configuração de imagem por explosão Coulomb. Este método avança a compreensão da conexão entre mecânica quântica e mecânica clássica em sistemas moleculares.

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Este trabalho foi apoiado em parte por doações KAKENHI da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (JSPS) e do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia (MEXT) Japão (#26104539, #26620020, #26810011, #15H03766, #15KT0060, #16H00826 e #16K13927); a Fundação de Ciência e Tecnologia Konica Minolta; o programa "Plantando Sementes para Pesquisa" da TokyoTech; o Projeto de Ciência de Imagem do Centro de Iniciativas Científicas Novas (CNSI) em os Institutos Nacionais de Ciências Naturais (NINS) (#IS261006); o programa conjunto RIKEN-IMS sobre "Fotônica Extrema"; e o Consórcio para Ciência e Tecnologia de Fótons (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>

Os autores não têm nada a divulgar.

O presente processo permite captar um filme em tempo real de rotação molecular com uma estrutura de imagem 2D baseada em fenda. Uma vez que os iões observados passar através da fenda, passo 1.5 representa um dos passos essenciais. Os bordos das lâminas de fenda tem de ser afiada. Quando há um pequeno defeito, tal como um dente 0,3 milímetros na fenda, um zero é observado na imagem de iões (Figura 6). Em tal caso, a lâmina de fenda deve ser polida com uma lixa de grão 2000 molhado. <p class="jove_con...

Para uma compreensão mais profunda e melhor utilização da natureza dinâmica de moléculas, é essencial para visualizar claramente movimentos moleculares de interesse. Coulomb imagem explosão resolvida no tempo é uma das abordagens poderosas para atingir este objectivo 1, 2, 3. Nesta abordagem, a dinâmica molecular de interesse são iniciadas por um laser de campo ultracurta bomba e, em seguida, são sondadas por um pulso de sonda retardada. Após a irradiação de sonda, as moléculas são multiplamente ionizado e dividida em iões do fragmento devido à repulsão de Coulomb. A distribuição espacial dos iões ejectadas é uma medida da estrutura molecular e orientação espacial na irradiação sonda. Uma sequência de medição de digitalizar o tempo de atraso de bomba-sonda leva à criação de um filme molecular. Vale ressaltar que, para o caso mais simples - moléculas diatômicas - a distribuição angular dos iões ejectadosreflete diretamente a distribuição eixo molecular (isto é, a função de onda de rotação ao quadrado). No que diz respeito ao processo de bomba, os recentes progressos no controle coerente de movimento molecular utilizando campos de laser ultracurtos levou à criação de pacotes de onda de rotação altamente controladas 4, 5. Além disso, a direcção de rotação pode ser controlada activamente por meio de um campo de polarização de laser controlado-6, 7, 8. Por conseguinte, tem sido esperado que uma imagem detalhada de rotação molecular, incluindo naturezas de onda, pode ser visualizado quando a técnica de imagiologia explosão de Coulomb é combinado com um processo tal bomba 9, 10, 11, 12, 13. No entanto, temos algunsvezes encontrar dificuldades experimentais associados com os métodos de imagem existentes, como mencionado abaixo. O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova maneira de superar essas dificuldades e de criar um filme de pacotes de onda de rotação moleculares de alta qualidade. O primeiro filme experimental de rotação molecular tomado com o presente método, juntamente com suas implicações físicas, foram apresentados em nosso estudo anterior 11. O fundo de desenvolvimento, o aspecto teórico detalhado da técnica de imagem presente, e uma comparação com outras técnicas existentes será dada em uma próxima papel. Aqui, vamos concentrar-se principalmente sobre os aspectos práticos e técnicos do procedimento, incluindo a combinação da configuração óptica típica bomba-sonda e o aparelho de imagem nova. Como no trabalho anterior, o sistema alvo é unidireccional rotativa moléculas de nitrogênio 11. A principal dificuldade experimental daestrutura de imagem, esquematicamente mostrado na Figura 1 existente, tem a ver com o posicionamento do detector, ou o ângulo da câmara. Uma vez que o eixo de rotação coincide com o eixo de propagação de laser 6, 7, 8 em rotação molecular induzida por laser de campo, não é prático instalar um detector ao longo do eixo de rotação. Quando o detector está instalado, de modo a evitar a irradiação a laser, o ângulo da câmara de observação corresponde a um lado de rotação. Neste caso, é impossível reconstituir a orientação original de moléculas a partir da imagem (2D) de iões 14 projectada. A imagem 3D detector 14, 15, 16, 17, 18, 19, com o qual a hora de chegada ao detector superior eo IMPAC ionposições t pode ser medido, ofereceu uma maneira única de observar diretamente a rotação molecular utilizando Coulomb explosão de imagem 10, 12. No entanto, as contagens de iões aceitáveis por um tiro a laser são baixos (tipicamente &lt;10 íons) no detector 3D, o que significa que é difícil criar um filme longo do movimento molecular, com alta qualidade de imagem 14. O tempo morto dos detectores (tipicamente ns) também afeta a resolução da imagem e eficiência de imagem. Também não é uma tarefa simples para fazer uma boa bomba-sonda feixe sobreposição monitorando imagem ion em tempo real com uma taxa de repetição do laser de &lt;~ 1 kHz. Embora vários grupos têm observado pacotes de ondas rotacionais utilizando a técnica de 3D, a informação espacial foi limitado e / ou directa, e uma visualização detalhada de onda natureza, incluindo estruturas nodais complicadas, não foi alcançado 10, 12. A essência dea nova técnica de imagiologia é a utilização do &quot;novo ângulo de câmara&quot; na Figura 1. Nesta configuração, a exposição feixe de laser de um detector é evitada enquanto o detector 2D é paralelo ao plano de rotação, que conduz à observação da direcção do eixo de rotação. A fenda permite apenas o íon no plano rotacional (nível de polarização dos pulsos de laser) para contribuir para uma imagem. Um detector 2D, que oferece uma taxa de contagem mais elevada (tipicamente ~ 100 iões) do que um detector de 3D, pode ser utilizado. A configuração da electrónica é mais simples do que no caso de detecção de 3D, enquanto que a eficiência é mais elevada medida. Reconstrução matemática, como Abel inversão 14 demorado-, também não é necessária para extrair informações angular. Estas características proporcionam uma fácil a optimização do sistema de medição e para a produção de filmes de alta qualidade. Um aparelho de padrão 2D / 3D imaging-partícula carregada pode ser facilmente modificado para a presente witho configuraçãout a utilização de equipamentos caros.

<table><tbody><tr><td>Câmera CMOS</td><td>Toshiba TELI</td><td>BU-238M-ES</td><td>equipada com sensor SONY IMX174</td></tr><tr><td>Interruptor de alta tensão</td><td>Behlke</td><td>HTS-41-03-GSM</td><td></td></tr><tr><td>Interruptor de alta tensão</td><td>Behlke</td><td>HTS-80-03</td><td></td></tr><tr><td>Gerador de atraso digital</td><td>Stanford research systems</td><td>DG535</td><td></td></tr><tr><td>Gerador de atraso digital</td><td>Stanford research systems</td><td>DG645</td><td></td></tr><tr><td>Placa de microcanal</td><td>Photonis</td><td>3075</td><td></td></tr><tr><td>Válvula pulsada</td><td>LAMID LTD</td><td>Válvula Even-Lavie&nbsp;</td><td>Modelo de alta repetição, temperatura ambiente</td></tr><tr><td>Skimmers de feixe molecular</td><td>Institute for Molecular Science</td><td>13C11</td><td>Orifício central de 3 e 1,5 mm, ângulo interno completo de 25 graus e comprimento de ~ 50 mm</td></tr><tr><td>Comparador óptico</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: Oscilador de safira</td><td>KMLabs</td><td>Halcyon</td><td></td></tr><tr><td>Femtosecond Ti: Amplificador</td> <td>de safiraQuantronix</td><td>Odin-II HE</td><td></td></tr><tr><td>Estágio linear motorizado</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>Montagem de espelho de alta resolução</td><td>Newport</td><td>Suprema SX100-F2KN-254</td><td></td></tr><tr><td>Montagem de espelho de alta resolução</td><td>LIOP-TEC GmbH</td><td>SR100-100R-2-HS</td><td></td></tr><tr><td>Paradigma verificador de polarização</td><td> Dispositivos, Inc.</td><td>O-tool VIS</td><td></td></tr><tr><td>Interface de comunicação por instrumentos</td><td>National Instruments</td><td>NI-MAX</td><td></td></tr><tr><td>Ambiente de desenvolvimento gráfico para programas de medição</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2014</td><td></td></tr><tr><td>Espelho dielétrico de linha laser</td><td>CVI/LEO</td><td>TLM2-400/800-45UNP</td><td></td></tr><tr><td>Espelho dielétrico de linha laser</td><td>Altechna</td><td>Low GDD Espelho</td> <td>ultrarrápido</td></tr><tr><td>Linha filme dielétrico Filme</td><td>fino</td><td></td> avançado PBS-GVD do polarizador Ultrafast <td></td></tr><tr><td>PBS-GVD</td><td></td> do<td>femtossegundo</td><td></td></tr> do espelho do laser baixo GDD</tbody></table>

direct imaging da laser-driven ultrafast rotação molecular

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

Nós apresentamos um método para visualizar induzida por laser, ultra-rápidos moleculares dinâmicas pacote de ondas rotacionais. Nós desenvolvemos uma nova configuração de imagens explosão de Coulomb 2-dimensional em que um ângulo da câmara até então impraticável é realizado. Em nossa técnica de imagem, moléculas diatômicas são irradiados com um pulso de laser forte polarização circular. Os iões atómicos ejectadas são acelerados perpendicularmente à propagação de laser. Os iões encontram-se no plano de polarização de laser são seleccionados através da utilização de uma fenda mecânica e fotografada com uma alta taxa de transferência, detector de 2-dimensional instalado paralelamente ao plano de polarização. Porque um (isotrópico) de impulsos de explosão de Coulomb polarizada circularmente é usado, a distribuição angular dos iões observados ejectados corresponde directamente à função de onda quadrada de rotação no momento da irradiação de impulsos. Para criar um filme em tempo real de rotação molecular, a presente técnica de imagem é combinada com uma bomba de femtosegundo-sonda óconfiguração ptical em que os pulsos da bomba criar unidireccional rotativa conjuntos moleculares. Devido à elevada taxa de transferência de imagem nosso sistema de detecção, a condição experimental bomba-sonda pode ser facilmente optimizada através da monitorização um instantâneo em tempo real. Como resultado, a qualidade do filme observado é suficientemente elevada para visualizar a natureza do movimento das ondas detalhada. Observamos também que a presente técnica pode ser implementada em configurações de imagem íon padrão existente, oferecendo um novo ângulo da câmera ou ponto de vista para os sistemas moleculares sem a necessidade de modificação extensa.

Figura 4A mostra uma imagem crua somente sonda do N 2+ expulso após irradiação sonda (explosão de Coulomb), tomada por uma sonda laser tiro. Cada ponto brilhante corresponde a um ião. Figura 4B mostra uma imagem resumida de 10.000 imagens de câmera crua binarizadas. Estas imagens mostram que a nossa estrutura de imagem pode monitorar as moléculas de todos os ângulos de orientação do plano de polarização. A Figura 4C mos...

Apresentamos um protocolo para criar um filme em tempo real de um pacote de onda rotacional molecular usando uma configuração de imagem de explosão de Coulomb de alta resolução.

Direct Imaging da Laser-driven Ultrafast rotação Molecular

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

No geral, o objetivo deste experimento é tirar instantâneos em tempo real de alta resolução da rotação molecular ultrarrápida. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da Mecânica Quântica e da Físico-Química, como a conexão entre o movimento molecular quântico e o mundo da mecânica clássica. A principal vantagem dessa técnica é que podemos realizar imagens em tempo real de moléculas de alta resolução e alto rendimento a partir de um ângulo de câmera que não foi realizado anteriormente.Este método pode fornecer informações sobre a dinâmica de rotação das moléculas. Também pode ser aplicado a outros sistemas, como moléculas orientadas e ações de recursos fotográficos. O equipamento necessário para o experimento tem dois componentes principais.O primeiro é um aparelho de imagem de fatia bidimensional construído em uma câmara de vácuo. Este esquema fornece uma ideia do que está dentro da câmara. Depois dos lasers, moléculas diatômicas ionizadas.Existem elementos ópticos iônicos para guiar os produtos de ionização. Há uma fenda para selecionar íons no plano de polarização do laser e um eletrodo que atua como um repelente pulsado. Ele direciona íons para um detector paralelo que consiste em placas de microcanais apoiadas por uma tela de fósforo.O segundo componente é a configuração óptica da sonda da bomba. Conforme ilustrado no esquema, a configuração emprega um amplificador de laser de safira de titânio para criar três pulsos colineares de femptossegundos. O primeiro pulso é polarizado linearmente com um comprimento de onda central de 820 nanômetros e é para alinhamento molecular.O segundo pulso é para controle de direção. É uma réplica atrasada do primeiro pulso, exceto que a polarização linear é inclinada 45 graus em relação ao primeiro. O terceiro pulso é a sonda de imagem de explosão Coulomb.Tem 407 nanômetros, polarizado circularmente e dura 100 femtossegundos. Esses três pulsos entram na câmara de vácuo pelo mesmo caminho. Um passo importante é ajustar o estado de polarização dos pulsos usando um verificador de polarização.Este verificador permite a visualização do estado de polarização pela intensidade de transmissão dependente do ângulo de polarização. Instale o verificador de polarização no caminho do feixe antes de entrar na câmara. Concentre-se no estado de polarização da sonda de imagem.O objetivo é a polarização circular. Para alterar a polarização, use as placas de onda no caminho do pulso. Ajuste as placas de onda em suas montagens ópticas rotacionais.Pare quando o verificador indicar que a polarização é circular. Siga um procedimento semelhante com o pulso um, ajustando suas placas de onda. No final, seu ângulo de polarização deve ser vertical.Manipule as placas de onda do segundo pulso para produzir polarização linear onde o ângulo está em 45 graus em relação ao do pulso um. Remova o verificador de polarização e os despejos do caminho do feixe e conclua outros preparativos de configuração. A sobreposição de tempo dos pulsos deve ser otimizada aproximadamente.Para fazer isso, quatro elementos devem ser montados logo antes da lente de foco no sistema. O primeiro no caminho é uma janela óptica tão espessa quanto a lente de foco e a janela da câmara combinadas. Em seguida, há um cristal não linear com uma resposta não linear somente quando a bomba e a sonda interagem simultaneamente.Em terceiro lugar, ao longo do caminho, há um prisma de dispersão. Finalmente, há uma folha de papel branco para registrar o sinal não linear. Trabalhe com a bomba de um feixe e o pulso da sonda colocando um despejo de feixe na bomba de dois feixes.Procure um sinal de terceiro harmônico usando o estágio motorizado. Pressione o botão de movimento no stage controlador para escanear e procurar o terceiro sinal. O papel no caminho do feixe indicará o sinal harmônico com uma fluorescência azul branca.Em seguida, desbloqueie a bomba dois e bloqueie a bomba um com um dumper de viga. Use o estágio manual na bomba de duas linhas para ajustar o caminho do feixe. Varra o estágio baseado em micrômetro até que ocorra a emissão do terceiro harmônico.A determinação do tempo zero ou da sobreposição temporal está concluída quando a fluorescência é visível no papel. Antes de continuar, remova todos os elementos que foram adicionados à linha da viga para encontrar a sobreposição temporal. O aspecto exclusivo da configuração de medição é o posicionamento da câmera.Conforme sugerido neste esquema, a superfície do detector é perpendicular ao plano de polarização do laser. O eixo da câmera é perpendicular à superfície do detector e, portanto, paralelo à linha de propagação do laser. Instale uma câmera digital no poste óptico na frente da porta de visualização do vácuo, certificando-se de que esteja orientada corretamente.Além disso, instale um ventilador de resfriamento atrás da câmera. Para reduzir a luz indesejada, coloque uma cortina sobre a região entre a janela de visualização e a lente. Com a câmera conectada ao computador, inicie o software de controle e maximize o ganho da câmera.Comece a capturar imagens resultantes da ionização molecular. As imagens da câmera devem cobrir toda a superfície do detector quando a câmera estiver posicionada corretamente. Continue a monitorar as imagens capturadas para ajustar o foco da câmera.O tamanho das manchas devido aos íons deve ser o mais nítido e o menor possível. Para medições, primeiro encontre o sinal e otimize as configurações de imagem de íons. Para fazer isso, use apenas o pulso da sonda, bloqueando os feixes de pulso da bomba.O pulso viaja através de uma lente plana convexa para focalizá-lo nos feixes moleculares. Um gerador de pulsos define o tempo dos interruptores de alta tensão para a óptica de íons. Defina-o para o tempo estimado de chegada dos íons da molécula de nitrogênio.Monitore a imagem de íons enquanto ajusta a posição da lente e o tempo de pulso de gás para obter a imagem maior e mais brilhante. Em seguida, use o gerador de pulsos para alterar o tempo dos interruptores de alta tensão. Use o tempo para o canal de nitrogênio duplamente ionizado explodido de Coulomb.No computador, diminua a taxa de quadros da câmera e aumente o tempo de exposição. Além disso, ajuste as polarizações ópticas de íons para que a distribuição de íons observada se torne uma elipse sem distorções. Prossiga para encontrar a sobreposição espacial da sonda da bomba.Desbloqueie a bomba um, mas mantenha a bomba dois bloqueada. Use o telescópio para posicionar os resíduos do feixe de pulso da bomba em um espelho de alta resolução para alterar a posição do feixe. À medida que o telescópio é ajustado, monitore o ponto devido aos pulsos da bomba.Quando o menor tamanho de ponto é visto, o resíduo do feixe está no feixe molecular. Continue garantindo que o pulso da sonda visualize as moléculas irradiadas pelo pulso da bomba. Isso requer mover o estágio de atraso de sua posição zero.Para nitrogênio, mova o estágio motorizado cerca de 600 micrômetros para frente. Como neste exemplo, a imagem anteriormente isotrópica deve se tornar fortemente anisotrópica ao longo da direção da polarização da bomba um. Neste ponto, bloqueie a bomba um e desbloqueie a bomba dois.Use o suporte de espelho de alta resolução dois para encontrar a sobreposição da sonda da bomba. Ajuste o espelho enquanto mantém o caminho óptico da bomba um inalterado. O alinhamento deve ser ao longo do ângulo oblíquo da direção de polarização da bomba dois em relação à polarização da bomba um.Para observar a dinâmica de rotação unidirecional, desbloqueie os dois feixes da bomba. Use o atraso manual stage para definir o atraso entre os feixes da bomba. Ajustar a fase para quatro picossegundos no caso do azoto molecular.Configure a platina motorizada no feixe da sonda para verificar os atrasos da sonda. Verifique se a rotação unidirecional pode ser reconhecida nas imagens da câmera à medida que o atraso da sonda é verificado. Para um filme de rotação molecular unidirecional, altere a taxa de fotogramas da câmara e o tempo de exposição.Use o controle do computador para coletar dados e percorrer os valores de tempo de sondagem. Esta é uma imagem bruta apenas da sonda de nitrogênio duplamente ionizado que foi ejetada após uma injeção de irradiação da sonda. Cada ponto brilhante corresponde a um íon.Esta imagem é produzida quando 10.000 dessas imagens binarizadas são somadas. O tamanho real do espaço é de 80 milímetros por 50 milímetros. Observe que a cor falsa é usada para mostrar a intensidade do sinal.Em última análise, os dados podem ser usados para gerar um gráfico polar normalizado com o valor radial proporcional a uma probabilidade dependente do ângulo. Evidências claras de rotação molecular unidirecional são apresentadas nesta série de instantâneos selecionados tirados após a irradiação com dois pulsos de bomba. Existem três séries.Um tem a imagem iônica na qual a forma elíptica foi convertida em um círculo. O segundo tem um gráfico polar correspondente. Finalmente, há uma série criada com um modelo construído usando imagens sobrepostas de halteres em vários ângulos de orientação, ponderados com probabilidades angulares observadas.Após sua estreia, essa técnica abriu caminhos para pesquisadores no campo da ciência molecular explorarem a natureza quântica da rotação molecular. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como controlar e visualizar a rotação molecular ultrarrápida usando pulsos de laser de pistola phaser.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Química

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