Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Hand Kontrollerad Manipulering av enskilda molekyler via en Scanning Probe mikroskop med en 3D Virtual Reality-gränssnitt

Published: October 2, 2016 doi: 10.3791/54506
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2, 1,2, 1,2, 1,2
1Peter Grünberg Institut (PGI-3), Forschungszentrum Jülich, 2Fundamentals of Future Information Technology, Jülich Aachen Research Alliance (JARA)

Abstract

Med tanke på organiska molekyler som funktionella byggstenar för framtida nanoteknologi, är fortfarande öppen frågan om hur man arrangerar och montera dessa byggstenar i en nedifrån och upp. Skanningssondmikroskop (SPM) kan vara ett verktyg för val; Men, SPM-baserade manipulation tills nyligen begränsad till två dimensioner (2D). Bindande SPM spetsen till en molekyl vid ett väldefinierat läge öppnar en möjlighet för kontrollerad manipulation i 3D-rymden. Tyvärr, är till stor del oförenligt med den typiska 2D-paradigm visning och genererar SPM data på en dator 3D manipulation. För intuitiv och effektiv hantering vi därför par en låg temperatur beröringsfri atomkrafts / sveptunnelmikroskop (LT NC-AFM / STM) till en motion capture-system och fullt uppslukande virtuell verklighet glasögon. Denna installation tillåter "hand styrd manipulation" (HCM), i vilken den SPM spetsen förflyttas i enlighet med rörelsen hos den som utför experimentet hand, while spets banor såväl som svaret hos SPM junction visualiseras i 3D. HCM banar väg för utveckling av komplexa manipulation protokoll, vilket kan leda till en bättre grundläggande förståelse av nano interaktioner som verkar mellan molekyler på ytor. Här beskriver vi installationen och de steg som krävs för att uppnå framgångsrik hand reglerad molekyl manipulation inom virtuell verklighet miljö.

Introduction

Den låga temperatur beröringsfri atomkrafts / sveptunnelmikroskop (LT NC-AFM / STM, i följande helt enkelt benämnt SPM) är det bästa sättet för Atomically exakt manipulering av enskilda atomer eller molekyler 1 - 3. SPM-baserad manipulation vanligtvis begränsad till två dimensioner och består av en serie av plötsliga och ofta stokastiska manipulation händelser (hopp). Detta begränsar i huvudsak kontroll över processen. Kontakt molekylen i fråga genom en enkel kemisk bindning vid en väldefinierad atom ställning leder till en strategi som kan övervinna dessa begränsningar 4 - 9. Hela dess manipulation den kontaktade molekylen är ansluten till SPM spetsen så att förflyttning av molekylen i alla tre dimensioner med lämpliga förskjutningar av spetsen blir möjlig. Detta skapar möjlighet för olika komplexa manipuleringsåtgärder som vidtas i 3D-rymden. Emellertid kontakt manipulation kan vara hindered genom interaktioner av den manipulerade molekylen med ytan och / eller andra molekyler i dess omgivningar, som kan skapa krafter som är tillräckligt stora för att spräcka spetsen-molekylen kontakt. Därför ett särskilt 3D banan för SPM spetsen kan eller inte kan leda till en lyckad manipulation händelse. En fråga uppstår därför hur man definierar protokoll som leder till ett framgångsrikt slutförande av manipulation i omständigheterna när spetsen molekyl obligation har en begränsad styrka, medan samspelet mellan den manipulerade molekylen med dess omgivning är inte a priori väl karakteriserade.

Här av denna fråga i den mest intuitiva sätt tänkbara. Försöks tillåts styra förskjutningen av SPM spetsen helt enkelt genom att flytta sin hand 7. Detta uppnås genom koppling av SPM till en kommersiell motion capture-system, en del av vars specifikationer ges nedan. Fördelen med "hand styrd manipulation" (HCM) är i tHan försöks förmåga att prova olika manipulation banor snabbt och lära av deras misslyckande eller framgång.

HCM inställningen har använts för att genomföra en proof-of-principle experiment där ett ord ( "Jülich") var stenciled i en sluten skikt av perylen-3,4,9,10-tetrakarboxylsyradianhydrid (PTCDA) molekyler på Ag ( 111), ta bort 48 molekyler, en efter en, med HCM 7. Lyfta en molekyl från ytan klyver dess intermolekylära vätebindningar som binder molekylerna i monolagret 10. Typiskt den totala styrkan hos de föreliggande intermolekylära bindningar överskrider styrkan hos den enkel kemisk bindning mellan den yttersta atomen i spetsen och en karboxyl-syreatomen i PTCDA genom vilken molekylen bringas i kontakt (se fig 1). Som kan leda till bristning av spetsen-molekylen kontakt och följande fel på manipulation försöket. Försöks uppgift är därför att determine en spets bana som bryter motståndsintermolekylära bindningar sekventiellt snarare än samtidigt, så att den totala kraft som appliceras på spetsen-molekylen kontakt aldrig överstiger dess styrka.

Även om den önskade banan kan i princip simuleras, på grund av storleken och komplexiteten i systemet involverade nödvändiga simuleringar skulle ta en oöverkomligt stor del av tiden. I motsats till detta, med hjälp av HCM var det möjligt att ta bort den första molekylen efter 40 minuter. Mot slutet av försöket utvinning tog redan mycket mindre tid som bekräftar effektiviteten av inlärningsförfarande. Dessutom var noggrannheten och mångsidigheten hos HCM-metoden framgår i agera av omvänd manipulation när en molekyl extraherats från grann platsen användes för att stänga tomrummet efter den felaktiga avlägsnande av en annan molekyl från monolagret.

Motion capture strategi, samtidigt som snabbt och intuitivt, ärbegränsad till alstringen av tip-bana data. För ytterligare systematisk utveckling av nya molekylära manipulation protokoll är det lika viktigt att kunna visa tips bana data i realtid samt att analysera tidigare genererade data. Därför är funktionaliteten för HCM in förbättrad väsentligen genom tillsats av virtuell verklighet glasögon vilka tillåter experimentalist att se de data som plottats i den virtuella 3D-scen där spets bana förstärks av strömmen (I) och frekvensskift (Af) värden uppmätta av SPM i realtid 8 (se nedan). I tillägg till detta, visar den virtuella verkligheten scenen en modell av den manipulerade molekyl som fungerar som en visuell skala referens. HCM inställning kompletteras med den virtuella verkligheten gränssnittet är därför lämplig för systematisk kartläggning av manipulation bana utrymme och successiv förfining av de lovande manipulation protokoll. Förutom att systemet underlättar också kunskapsöverföringen mellan different experiment. Följande punkter ger en beskrivning av installationen och några av dess specifikationer som är relevanta för manipulation experiment.

Experimenten utförs i ultrahögt vakuum (UHV) vid ett grundtryck av 1 x 10 -10 mbar med en kommersiell SPM bestående av en beredning kammare och en analyskammaren. Tillagningskammaren är utrustad med: Ar + källa användes för prov förstoftning, provöverförings via manipulator (tillåter uppvärmning och kylning av ett prov), låg-energi elektrondiffraktion (LEED), en anpassad Knudsen cell (K-cell) innehållande PTCDA pulver renades genom sublimering. Analyskammaren är utrustad med: LN två bad kryostat med en volym på 12 L och en hålltid av 46 h, LHE bath kryostat (5 L, 72 h), Besocke 11 skalbagge-typ SPM utrustad med en stämgaffel sensor 12 ( TFS) som består av en kvartsstämgaffel med en elektriskt ansluten PtIr spets (för STM drift), Som skärs och slipas genom en fokuserad jonstråle (FIB) (Figur 2).

Figur 1
Figur 2. Stämgaffel sensorn. (A) bild av en kommersiell stämgaffel sensor med tillhörande PtIr spets. (B) SEM-bild av PtIr spets spetsen skär med FIB. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

AFM drivs i frekvensmodulerade (FM) mod 13 där TFS exciteras vid resonans (f 0 ≈ 31.080 Hz) med en vibrations piezo. Den piezoelektriska signalen för den oscillerande stämgaffeln förstärks och används av en faslåst slinga (PLL), som håller amplituden för TFS s oscillation konstant och spårar ändringar bland de its resonansfrekvens, Af = f - f 0, som har sitt ursprung från gradienten av den kraft som verkar på spetsen. Såsom visas i fig 3 SPM spetspositionen styrs av spänningar (u x, u y, u z) appliceras på en uppsättning av X-, Y-, Z-piezos (piezo konstanter vid 5 K: x = 15, y = 16, z = 6 A / V). U x, är u y u z -voltages (± 10 V vid 20 bitars upplösning) genereras vid SPM elektronik utgångarna. De förstärks ytterligare av en hög spänning (HV) förstärkare som har en maximal utspänning på ± 200 V.

Figur 1
Figur 3. Schema för HCM installationen. Position (spårade objektet) TILL som har flera (infraröd) IR-källor installerade på sin yta spåras av två infraröda kameror för motion capture-systemet (MCS). TipControl såftware erhåller TO koordinater (x, y, z) från MCS och vidarebefordrar den till fjärrspänningskällan (RVS) som genererar en uppsättning av spänningar (v x, v y, v z) som summeras med spänningarna (u x , u y, u z) produceras av SPM elektronik för styrning av SPM spetspositionen. Den tillsatta spänningen passerar genom en högspännings (HV) förstärkare och är vidare appliceras på piezo-positioneringssystemet av SPM spetsen. Installationen möjliggör manuell styrning av spetsen positionering när SPM feedback (FB) slingan är öppen. (X, y, z) positionen av spetsen samt I (x, y, z) och Af (x, y, z) skickas till VRinterface programvara som plottar den i den virtuella 3D-scenen som ses av operatören bär huvudmonterade display (HMD). klicka här för att se en större version av denna siffra.

Tunnel ström som flyter mellan SPM spets ochytan mäts med en transimpedansförstärkare med en variabel förstärkning som sträcker sig från 1 x 03 till 01 Oktober x 10 9 V / A (bandbredd vid förstärkningen ett x 10 9 V / A är ett kHz). Utsignalen från förstärkaren matas in i STM feedback (FB) slinga för att reglera spetshöjden ovanför ytan i konstantströmavsökningsläge. Stabiliteten i korsningen (med TFS svängning avstängd) är 1-3 pm. Den piezoelektriska oscilleringssignal i TFS förstärks i två steg: (1) förförstärkare fäst vid LN 2 sköld (få en x 10 8 V / A, bandbredd 20 kHz), och (2) extern spänningsförstärkare med variabel förstärkning från en x 10 1 5 x 10 4 och en bandbredd på 1 MHz.

För HCM experiment är SPM installationen utökas med: motion capture-system (MCS), fjärrstyrd flerkanalig spänningskälla (RVS), summeringsförstärkaren och virtuell verklighet huvudmonterade display (HMD). Alla de uppräknade enheter utom summing förstärkare förvärvades kommersiellt.

MSC är en infraröd (IR) markör-tracking system som tillåter millimeter upplösning av rumsliga förskjutningar med en hastighet av 100 Hz. Systemet består av två IR-kameror, en trackable objekt (TO) och kontrollmjukvaran. MCS programvara erhåller x-, y-, z-koordinater för TO i 3D-rymden genom att analysera dess bilder som erhållits av de två kamerorna. MCS erbjuder ett programmeringsbibliotek som tillåter användning av koordinaterna för TO i ett separat program.

Koordinaterna för TILL (x TILL y TILL Ö till) skickas till en specialutvecklad programvara programmet "TipControl". Figur 4 visar en skärmdump av det grafiska användargränssnittet. Programvaran aktiveras av "start" -knappen i fönstret. Efter aktivering (τ = 0) programvaran sätter alla v x -, v y -, -voltages mot z på RVS (spänningsområde ± 10 V vid 16bitars upplösning, 50 ms fördröjning per spänningssteg) i enlighet med följande uttryck ekvation 1 etc., där C x, c y, c z är de faktorer som omvandlar 5 cm av förskjutningen av TO till en en förskjutning av SPM spetsen. Faktorerna p x (t), s y (t), p z (t) har värden som definieras av status för x-, y-, z-kryssrutor i fönster programvara. Om rutan är markerad motsvarande p (t) är inställd på 1. All p (t) är satt till 0 i det ögonblick då den "paus" -knappen i fönstret programvara. Som ger operatören möjlighet att tillfälligt "frysa" läget för spetsen. Genom att trycka på knappen "reset all" i fönstret programvara sätter v x -, v y -, -voltages mot z till noll som återför tips till sitt ursprungliga läge definieras av SPM programvara. Textfältet "manuellt kommando för RVS" i fönstret för program ca n användas för att ställa någon av vx -, v y -, -voltages mot z något värde i det tillåtna området ± 10 V. v x -, v y -, -voltages mot z genereras av RVS läggs till u x -, u y -, u z -utgången spänningssignaler av SPM elektronik via en summeringsförstärkare (vinna en, bandbredd 50 kHz, effektområdet ± 10 V).

Figur 1
Figur 4. Skärmdump av gränssnittet fönstret. Två indikatorer uppvisar status samband med MCS och RVS system. Kryssrutor används för att aktivera handreglering samt utvalda rumsliga axlar. Knappen "Start" initierar dataflödet mellan MCS, TipControl och RVS enligt det schema som visas i figur 3. Knapp "Paus" stoppar dataflödet. Knapp "Reset All" ställer in alla RVS spänningar till noll.= "Https://www.jove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig4large.jpg" target = "_ blank"> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

För visualisering av experimentella data (spets bana jag, Af) en huvudmonterad display (HMD) används. HMD ger en stereoskopisk vy (delad HD-skärm - en halv för varje öga, 1920 x 1080 pixlar på 75 Hz). En särskild IR-kamera spårar positionen och orienteringen av HMD i 3D-rymden med hjälp av IR-lysdioder fasta på ytan av HMD. HMD-tracking system gör det möjligt för operatören att ändra vyn i 3D virtuell verklighet scen med en sväng av huvudet eller helt enkelt flytta sin kropp.

Den specialskriven mjukvara "VRinterface" samlar in data både från SPM och MCS, gör det i 3D-scenen med hjälp av OpenGL och visar det i HMD med hjälp av utveckling HMDS Software Development Kit (SDK). VRinterface hämtar den faktiska X-, Y-, Z-koordinaterna hos spetsen direkt frånspets programvara (några millisekunder latens) medan jag och Af signaler läses direkt från utgångarna på SPM elektronik (latens ≈ 250 ms). Figur 5 visar en skärmdump av den virtuella 3D-scenen som ses av operatören klädd HMD under HCM. Inne i 3D virtuella scenen spetsen spetsen återges som en vit sfär. Färgning av de inspelade spets banor återspeglar värden av antingen log (I (x, y, z)) eller Af (x, y, z). Växla mellan log (I (x, y, z)) eller Af (x, y, z) färglägen sker genom att trycka på en knapp. En annan knapp initierar inspelning (och visa) av experimentella spets bana data. Trycker du igen på knappen stoppar inspelningen. Den virtuella scen visar också en statisk PTCDA molekyl som används som en visuell hjälp under manipulation. Operatören justerar dess orientering manuellt för att passa orienteringen av den verkliga molekylen på ytan genom att använda knapparna på ett tangentbord.

Varning: Eftersom huvudet tinredningar av HMD förlitar sig på IR-lysdioder kan störa MCS eftersom den använder också IR-ljus för att spåra position TO. Därför TILL måste ha en unik form som känns igen av MCS. Detta hjälper MCS att skilja mellan de signaler som kommer från TO och de som kommer från IR-lysdioder i HMD.

Figur 1
Figur 5. S creenshot av den virtuella 3D-scenen visas för operatören i HMD under HCM. En uppsättning av vita kulor bildar en modell Ag (111) yta. Orientering av modellytan behöver inte nödvändigtvis sammanfalla med orientering av provet. En modell av PTCDA molekylen placeras ovanför modellytan. C, O, H-atomer i PTCDA visas i svart, rött och vitt respektive. I syfte att bekvämlighets azimutiska orienteringen av modellmolekylen kan justeras för att passa orienteringen av den verkliga molekylen valdaför manipulation. Spets positionen markeras med en vit sfär som representerar den yttersta spetsen spetsen atom. Realtids I (x, y, z) och Af (x, y, z) -data visas som streckindikatorer placerade intill spetsen. Tidigare registrerades liksom de nu genomförda manipulationer visas som 3D-banor vars färg representerar antingen log (I (x, y, z)) eller Af (x, y, z) värden som uppmätts på motsvarande positioner på banan. Figuren visar banor som är färgade med log (I x, y, z) () signal. Kan växlas färgkontrast mellan log (I (x, y, z)) och Af (x, y, z) lägen genom att trycka på en knapp. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Varning: PTCDA kan vara irriterande för hud eller ögon och bör därför hanteras med omsorg med hjälp av lämpliga handskar. Kontakta lämpliga säkerhetsåtgärder broschyrer. Kryovätskor kan ge effekter på huden som liknar en termisk brännskada eller kan orsaka förfrysning vid långvarig exponering. Bär alltid skyddsglasögon och lämpliga kryogeniska handskar vid hantering av kryogeniska vätskor. Gasen som bildas av kryogena vätskor är mycket kallt och vanligtvis tyngre än luft och kan ansamlas nära golvet undanträngande luft. När det inte finns tillräckligt med luft eller syre, kvävning och död kan förekomma. Kontakta lämpliga säkerhetsåtgärder broschyrer.

1. Provframställning

  1. Deponering av PTCDA på Ag (111)
    Obs: monolager (ML) täckning av PTCDA bör vara mellan 10-30% och koncentreras i stora, kompakta öar (figur 6). Denna situation är idealiskt för att göra manipulation experiment samtidigt ha tillräckligt ren metallyta för spets preparatipå.
    1. Rengör Ag (111) crystal före avsättningen med ett standardförfarande av sputter och härdningscykler 14.
      1. Förstofta kristallen med Ar + -joner i 15 min. Använda Ar-tryck vid 1 x 10 -5 mbar, en jon energi av 0,8 keV och kristallen vid rumstemperatur (RT).
      2. Glödga provet vid 530 ° C under 15-30 min.
    2. Använd PTCDA K-cell för att sätta 0,1-0,3 ml PTCDA på Ag (111) provet vid RT 14.
      OBS: Inga avsättningsparametrar ges, eftersom deponeringsförhållandena kan skilja sig från inställningen att installera.
    3. Efter avsättning, flash provet till 200 ° C under 2 minuter för att förbättra beställning av PTCDA öarna och desorbera eventuella föroreningar.
    4. Eventuellt inspektera beläggning LEED genom att kontrollera diffraktionsmönstret för PTCDA på Ag (111) 15.
    5. Använd installationsspecifika förfarande för att överföra provet till SPM. Normalt använder en manipulator kan linjär överföring i UHV och möjligen en handmanövrerad vingla-stick.
  2. Kontrollera provberedningen i SPM.
    1. Vänta efter provöverförings tills temperaturen i SPM ligger nära sin bas temperatur (här: 5 K). Varaktigheten i den beskrivna installationen är ca 1 timme för ett prov kylts till LN 2 temperatur under överföringen.
    2. Använd installationsspecifika förfarande för att närma sig toppen på ytan (i konstant ström-läge) tills tunnelström visas.
    3. Välj offsetspänning av HV förstärkare så att u z = 0. Detta kommer att vara standardinställningen i hela papperet, om inte annat anges.
    4. Inspektera provberedning gör konstant ström STM bilder (börvärde: I = 0,1 nA, förspänningen Vb = -0,35 V appliceras på provet, nuvarande förstärkningen 1 x 10 9 V / A) av ytan. De givna parametrar underlättar avbildning av lägsta unoccupied molekylära orbital (LUMO) i PTCDA. Detta hjälper till att identifiera platsen för karboxyl-syreatomer i molekylen som valts för manipulation (infälld i figur 6).
    5. Förbered spetsen tills STM bilderna liknar figur 6. Till exempel använder pulser med 5-6 V vid spetsen ytor separationsavstånd som motsvarar den nuvarande avbildnings börvärde eller flytta spetsen med 7-10 Å (från stabiliseringspunkten ) mot den rena Ag (111) yta under applicering av Vb = 0,1 V till provet. Krascha spetsen djupare i fall av en dubbel spets. Använd inte pulser nära PTCDA öar!

2. Inkoppling AFM Drift med TFS

  1. Ställ in systemspecifika PLL parametrar för FM-AFM så att Af upptäckt är möjlig med godtagbara brusförhållanden och detekteringshastighet (t.ex. 0,1-0,5 Hz buller i Af inom 7 Hz bandbredd på TFS svängningsamplituden på omkring 0,2-0,4 Å ).
    2. 0 i TFS.
    1. Kör spetsen från ytan till det maximala avståndet SPM ansvarige kan nå (t.ex. genom att sätta v z = -10 V som i fallet med den inställningen som beskrivs här drar spetsen från ytan med ca 180 Å).
    2. Spela in en resonanskurva (TFS svängning amplitud vs. drivfrekvensen vid konstant TFS excitation amplitud) med SPM programvara.
    3. Läs resonansfrekvensen f 0 som positionen för den högsta av resonanskurvan på frekvensaxeln. Q-faktorn beräknas av programvaran från bredden av resonanstoppen. Q-faktorn för den beskrivna installationen varierar mellan 50,000-70,000 (figur 7).
  2. Placera spetsen över en ren Ag (111) yta och kalibrera TFS svängningsamplituden efter Ref. 16.

3. Integration of MCS i SPM Setup

  1. Montera och kalibrera MCS enligt manualen från tillverkaren. Kalibrering innefattar inställning ursprung MCS koordinatsystem.
  2. Efter systemet manuella omkopplaren på TILL och lägga till det som ett spårat objekt i MCS programvara.
  3. Kontrollera om spårningen fungerar korrekt genom att flytta i detekteringsvolymen och efter sin position visas av MCS programvara.
  4. Testa anslutningen mellan RVS och programvara genom att skicka ett testkommando till RVS från fönstret (se figur 4).
  5. Testa anslutningen mellan MCS, RVS och TipControl.
    1. Kontrollera om vx -, v y - är v z -voltages av RVS satt till 0 V och återställa dem om det behövs.
      1. Dra tillbaka spetsen från ytan (2.2.1).
      2. Tryck på "reset all" i fönstret programvara för att återställa v x -, v y -, -voltages mot z vid utgången av RVS.
      3. enILLVÄGAGÅNGSSÄTT spetsen tillbaka till ytan med FB slinga stängd (1.2.2).
    2. Placera spetsen över ren Ag (111) yta med hjälp av installationsspecifika funktion av SPM programvara.
    3. Ta x-, y-, z-kryssrutor i fönstret programvara. Detta aktiverar handstyrsätt av spetsen position längs alla tre rumsliga axlarna.
    4. Tryck på "start" i fönstret programvara.
    5. Kontrollera att v x -, v y -, v z -voltages genereras av RVS svara korrekt på rörelse TO längs var och en av axlarna. Under förflyttning längs z-axeln (vertikalt mot ytan), övervaka reaktionen av FB slingan att försök att kompensera den applicerade från RVS v Z -voltage.
    6. Tryck på "paus" i fönstret programvara.
    7. Tryck på "reset all" i fönstret programvara.

4. Integrering av HMD i SPM Setup

  1. Se till HMD är ansluten och alla nödvändiga drivers installeras enligt manualen från tillverkaren.
  2. Starta VRinterface och se till att det på rätt sätt gör modellen ytan, adsorberat molekylen och spetsen (se figur 5).
  3. Rikta in orienteringen för koordinatsystemet för 3D virtuell verklighet scenen sett i HMD med koordinataxlarna i MCS.
  4. Sätt på HMD. Om det behövs, flytta HMD på huvudet när de utför följande steg för att antingen visa VR scenen eller labbmiljö, tangentbord och bildskärm.
  5. Testa direktsändning av I- och Af signaler data från SPM elektronik, t ex genom att ändra tunnel aktuella uppsättningen punkt inuti SPM programvara.
    1. Kontrollera x-, y-, z-kryssrutorna för fönstret programvara.
    2. Plocka upp till och tryck på "start" -knappen i fönstret programvara.
    3. Flytta TO och kontrollera om sfären representerar spetsen rör sig korrekt i den virtuella 3D-scen.
    4. Håll handen med att stabilisera tills "paus" -knappen i fönstret programvara trycks.
    5. Sätt undan TO.
    6. Tryck på "återställa alla" -knappen i fönstret programvara.

5. Förbered SPM för manipulering av Single PTCDA molekyler

  1. Ställ STM i konstant ström-läge med de parametrar som underlättar LUMO kontrast för PTCDA och därmed tillåter en att bestämma den molekylära orienteringen (börvärde: I = 0,1 nA, förspänningen Vb = -0,35 V appliceras på provet, förstärkningen strömförstärkare 1 x 10 9 V / A).
  2. Se till att spetsen är väl förberedda för manipulation.
    1. Image PTCDA. I SPM programvara anger parametrar för skanningen (område som ska skannas (som 300 x 300 A 2), börvärden för återkoppling: I = 0,1 nA och Vb = -0,35 V, skanningshastighet = 150 nm / sek ) och tryck på knappen "start" i SPM programvara. Upplösningen på bildenmåste vara liknande fig 6.
    2. Kontrollera att Af som uppstår när spetsen flyttas från tunnel kontakt med ett stort avstånd från ytan (> 100 Å) är inte mycket större än 5-7 Hz.
    3. Om någon av ovanstående villkor inte uppfylls upprepa spetsen förberedelse över ren Ag (111) yta (1.2.5).
  3. Hitta en yta som lämpar sig för manipulation.
    1. Använd SPM programvara för att hitta ett område som liknar en som visas i figur 6, som innehåller en PTCDA ö och vissa områden av ren Ag (111) yta. Om det behövs, använd rena området för att omforma spetsen mellan olika försök till manipulation.
    2. Välj en molekyl i PTCDA ö för manipulation och spela in en detaljerad STM bild (t.ex. 50 x 50 A 2) som visas i figur 6 Välj. "SetXYOffset - Top" från en rullgardinsmenyn och välj området för detaljerad bild av klicka på en större överblickbild.
      OBS: Det finns inga särskilda kriterier eftersom alla molekyler inuti en ö (ca 3 molekyler från en kant) kan anses vara lika för manipulation. Det bör inte vara "smuts" synliga på eller bredvid molekylen. Sådan smuts skulle ge en oregelbunden kontrast i bilden.
  4. Testa förmågan hos spetsen att binda till PTCDA molekylen.
    1. Placera spetsen över en av de två karboxyl-syreatomer hos PTCDA (markerade i figur 6) genom att använda inställningsspecifika funktion av SPM programvara. Välj "SetXYOffset - Top", och sedan klicka på respektive bild.
    2. Spela in ett spektrum där spetsen förflyttas vertikalt mot ytan med 3-5 Å och jag (z) som spelats in med inställningsspecifika funktioner i SPM programvara.
      1. Ställ en konstant förspänning Vb (t.ex. 6 mV) och definierar en ramp av spetshöjd att närma sig och för att dra tillbaka spetsen från ytan (t ex, 4 Å; närmare och tillbaka igen). Klicka sedan på knappen "vert. manip" i SPM programvara och välja en position på den senast inspelade STM bild, där den vertikala manipulation bör verkställas.
    3. Kontrollera om den inspelade I (z) uppvisar kontaktbildning mellan spetsen och molekylen i form av den skarpa (bortom z upplösning av den inspelade spektrum) ökning av strömmen I (z). Kontakten är normalt stark nog för 0,5-3 Å lyft genom vertikal spets indragning (se figur 8).
      1. Om jag (z) kurvan inte visar en kraftig kontaktbildning prova något av följande:
        1. Ändra den laterala positionen för spetsen något och upprepa proceduren tillvägagångssätt.
        2. Göra en mild spetsbildande (1.2.5) och försöka kontakta molekylen igen tills kontaktbeteende liknande den som visas i figur 8 är registrerad.
  5. Vänta tills piezo kryp är borta (ca 2-4 timmar).
    OBS: mängden avdrift bestämmer stabiliteten för kontaktpunkten under HCM och därmed hur länge en kan exekvera successiva manipulationer med samma molekyl utan att återskanna området.
    1. Test krypa längs x-, y-led genom att jämföra två detaljerade STM bilder av det valda operationsområdet, som spelats in med ett tidsintervall, t.ex. 5 min. Vänta tills drivan är mindre än 0,5 Å mellan de två successiva bilder.
    2. Test krypa i z-riktning genom att spela in u z (t) som tillämpas av FB slinga över en minut och beräkna drifthastigheten. du z (t) / dt bör vara omkring 0,2 Å / tim.

6. Beredning för hand Controlled Manipulation (HCM)

  1. Se till att alla relevanta program körs och att dataöverföringen mellan de anslutna enheterna fungerar korrekt: MCS, TipControl, RVS, VRinterface, HMD och SPM elektronik.
  2. Säkerställa att den Orienteringn i koordinatsystemet hos HMD är inriktad med koordinataxlarna i MCS.
  3. Justera bilden av molekylen som visas som ett visuellt hjälpmedel i VRinterface med orienteringen av den verkliga molekylen som skall manipuleras i experimentet.
    1. Passa in HMD längs dess koordinatsystem och orientera den så att synvinkel är över referensmolekylen. Rikta referensmolekyl i VRinterface till den avbildade molekylen i SPM programvaran genom att trycka på lämpliga knappar på tangentbordet för att rotera den medurs eller moturs.
  4. Kontrollera om vx -, v y - är v z -voltages av RVS satt till 0 V och återställa dem om det behövs (3.5.1).
  5. Scanna PTCDA molekyl vald för manipulation med STM i konstant ström-läge.
  6. Placera spetsen över karbonsyreatom som valts för manipulation med hjälp av lämplig funktion av SPM programvara. Använd rätt kontaktpunkten som bestämdes i 5,4.
    7. <li> Aktivera PLL och ställa in amplituden styrning. Ställ svängning amplitud så låg som möjligt (t.ex. 0,2-0,4 Å) men tillräckligt hög så att Af upptäckt är möjlig med godtagbara brusförhållanden och detekteringshastighet (se 2.1).
  7. Öppna FB slingan. Ange 0 för integratorn värdet i SPM programvaruparameterfönstret.
  8. Ställ korsning partiskhet till några mV i SPM programvaruparameterfönstret. Ange 0,007 tillämpa 7 mV till ytan.
  9. Ställa in aktuell förstärkarens förstärkning till 1 x 10 7 V / A i SPM programvaruparameterfönstret.

7. Använd HCM för kontrollerad manipulation av PTCDA

  1. Sätt på HMD och ta TO. Om det behövs, flytta HMD på användarens huvud när de utför följande steg för att antingen visa VR scenen eller labbmiljö, tangentbord och bildskärm.
  2. Ställ in färgkontrast av de inspelade banor att logga (I (x, y, z)) i VRinterface genom att trycka på lämplig button.
  3. Markera kontaktpunkten i den virtuella 3D-scen. Denna "ankare" hjälper till att hitta kontakten lätt för ytterligare försök till manipulation med hjälp av HCM utan att behöva återställa RVS.
    1. Aktivera handreglering samt z-axeln endast genom att markera motsvarande kryssruta i spetsen program samtidigt x-, y-kryssrutor okontrollerat.
    2. Flytta till ner medan du tittar på I (0,0, z) och Af (0,0, z) realtidssignaler i den virtuella scenen. Sluta att flytta med när jag (0,0, z) och Af (0,0, z) signaler visar en samtidig skarp hopp, undertecknandet av en kontaktbildning (se figur 8).
    3. Starta bana inspelning i VRinterface genom att trycka på motsvarande knapp och börja flytta upp.
    4. Stoppa bana inspelning i VRinterface så snart kontakten mellan molekylen och tipp brister genom att trycka på motsvarande knapp. Signaturen är en samtidig kraftig nedgång av I (x, y, z) och Af (x, y, z) signaler.
    5. Tryck &#34; paus "i spetsen programvaran för att avaktivera hand kontroll.
  4. Aktivera hand kontroll av spets rörelse längs alla rumsliga axlar genom att kontrollera X-, Y-, Z-kryssrutor i programmet och tryck på "start" -knappen i spetsen programvara.
  5. I fall kontaktpunkten bildning avviker från en "förankrad" i den virtuella scen efter en manipulation (på grund av drift eller varje förändring av spets apex) korrigera spetspositionen och spetsen tillståndet om det behövs.
    1. Gå tillbaka till sitt utgångsläge spetsen innan hand kontroll genom att flytta TO medan du tittar på förflyttning av vita sfären i den virtuella scenen.
    2. Tryck på "paus" i spetsen programvaran för att avaktivera hand kontroll.
    3. Tryck på "reset alla" -knappen i spetsen programvara för att återställa v x -, v y -, v z -voltages av RVS till 0 V.
    4. Ställ STM tillbaka i konstant ström-läge med de parametrar som underlättar LUMO contrast för PTCDA (se 1.2.4).
    5. Scanna molekylen valts för manipulation och placera spetsen på rätt plats över den valda kar syreatomen (bestämd i 5,4) med hjälp av inställningsspecifika funktioner i SPM programvara. Om det behövs, förbereda spetsen på en plats i närheten (<300 Å bort) för att minska kvarvarande piezo kryp.
    6. Starta protokollet i steg 7,1.
  6. Försök att hitta en framgångsrik lyft bana där den kontaktade molekylen helt lossnar från ytan vid slutet av banan.
    1. Närma sig den punkt där "ankare" uppvisade bildandet av spets-molekylen kontakt genom att flytta TO när den följer rörelsen av sfären som representerar den aktuella spetsen position i den virtuella scen. Så snart kontakten bildas börja spela in ett nytt bana i VRinterface.
    2. Dra molekylen i en riktning lämplig för lyftning (fig 10) genom förflyttning av TO i enlighet därmed. Omen brytning av spetsen-molekylen kontakt detekteras, stoppa inspelningen av bana. Återgå till kontaktpunkten börjar banan inspelning på kontaktbildning och utföra en annan manipulation.
    3. Växla till Af (x, y, z) färgkontrast av de inspelade banor genom att trycka på en knapp i VRinterface på större avstånd från ytan (vid cirka 7 Å med vinst strömförstärkare 10 7 V / A), eftersom jag (x, y, sönderfaller signalen z) snabbt bort från ytan. Här Af (x, y, z) blir den enda indikator på förekomsten av molekylen (se figur 1). När molekylen spetskontakt förloras, Af (x, y, z) hoppar (nära) till noll och ändras inte längre ens på närmar sig ytan för 1-3 Å.
    4. Om spetsen molekyl kontakt är fortfarande stabil vid z> 10 Å, se upp för en signatur i Af (x, y, z) där det visar en smidig övergång till noll om att dra molekylen bort från ytan. Detta är signaturen för successful lyft av molekylen (se figur 1).
    5. Testa om molekylen är helt lossnar från ytan och hängande på spetsen.
      1. Flytta upp till kontrollera om Af (x, y, z) förblir noll på ytterligare spets indragning.
      2. Flytta till ner för att kontrollera om Af (x, y, z) ökar på närmar sig ytan för 1-3 Å bortom den höjd där signaturen för en lyckad lyft upptäcktes.
  7. Deponera den lyfta molekyl till en ren Ag (111) ytarea.
    1. Efter lyckad lyft, flytta upp till dra tillbaka spetsen ytterligare 10-20 Å från ytan. Detta minskar någon interaktion av den lyfta molekylen med ytan.
    2. Tryck på "paus" i spetsen programvara för att fastställa den aktuella spetsläge och att avaktivera hand kontroll.
    3. Utan att vända FB ögla på, använd installationsspecifika funktion av SPM programvara för att placera spetsen över ren Ag (111) yta någon distaiou (t.ex. 50-100 Å) bort från ön där molekylen extraherades. Välj "SetXYOffset - Top", och sedan klicka på respektive bild.
    4. Ställ strömförstärkare förstärkning till 1 x 10 9 V / A.
    5. Kontrollera endast z-rutan i spetsen program och tryck på "start" -knappen i spetsen programvara.
    6. Flytta TO att närma sig ytan tills en mätbar I (z) visas.
    7. Tryck på "paus" i spetsen programvaran för att avaktivera hand kontroll.
    8. Stegvis ökning Vb (max Vb ≈ 0,5 V,. Vid högre Vb molekyl kan skadas) genom att använda ett reglage mus-kontrollerade i SPM programvara tills det finns en samtidig hopp i I och Af vilket tyder på att molekylen sjönk till ytan. Om molekylen kan inte åter deponeras, har spetsen rengöras för ytterligare experiment, till exempel genom att spänningspulser (1.2.5).
    9. Skanna området konstant ström-läge (1.2.4) och kontrollom molekylen verkligen avsattes tillbaka på ytan.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Obs: Denna del visar arbete publiceras i 7,8.

Tillämpa HCM på problemet att lyfta PTCDA / Ag (111) av ett lager, kunde vi skriva ett mönster genom att sekventiellt ta bort enskilda molekyler (Figur 9). Totalt 48 molekyler avlägsnades, 40 som kan omlagrade till ren Ag (111), vilket visar att molekylerna förblir intakta under manipulation processen. Detta gör det möjligt att använda HCM att korrigera "skrivfel" genom att ta en molekyl från en annan plats och fylla en av misstag skapade vakans (inlägg i figur 9) 7.

Framgångsrika banor som tillät att avlägsna en molekyl från skiktet visas i Figur 10. De gäng i en relativt smal fast vinkel, riktningav vilket tyder på att molekylen kan avlägsnas från inuti skiktet i en "peeling" rörelse. Denna skalning underlättar en gradvis klyvning av de intermolekylära H-bindningar och håller de totala krafter som verkar på spetsen-molekylen bindning under ett kritiskt tröskelvärde 7.

VR återkoppling gör det möjligt att köra flera reproducerbara manipulationer, varje gång efter samma tidigare inspelad bana. Reproducerbarheten anges med stora likheter i I (x, y, z) och Af (x, y, z) Data i fig 11. Eftersom formen av banan beror även på den exakta formen av spetsen apex vi utför ett experiment i vilket en och samma molekyl är manipulerad på liknande banor som upprätthåller samma spets apex struktur. En oförändrad spets form kontrolleras av reproducerbarhet av kontaktpunkten mellan lyftförsök. Molekylen inte fullständigt dras ut ur skiktet menvarje gång återvände till sin vakans efter inspelningen stoppas (så länge bindningen inte bryta av sig själv), för att sänka sannolikheten att utlösa en ändring av spetsen som en följd av stora krafter under fullständig borttagning. Figur 11 visar 3D banor av ett sådant experiment, där molekylen upprepade gånger dras längs två banor 8.

Figur 1
Figur 1. Illustration av manipulation processen. (A) Utvinning av en enda PTCDA molekyl från en ö genom att kontakta manipulation (fyra tips spets atomer visas). (B) Exempel I (z) och Af (z) kurvor som registrerats under utvinning av en molekyl av HCM. Klicka här för att en större version av denna siffra.

Figur 1
Figur 6. STM bild av en kompakt PTCDA ö Ag (111). Bildstorleken är 600 x 600 A 2 och tunnelförhållandena är I = 0,1 nA och Vb = -0,35 V. En tomrum ses i filmen är resultat av extraktion av tre molekyler. Extraherade molekyler åter deponeras tillbaka på ytan (nedre vänstra hörnet av bilden). Den infällda bilden visar en 50 x 30 Å 2 STM bild som avslöjar typiska kontrast PTCDA som härrör från dess lägsta tomma molekylorbitalen (LUMO). De reaktiva karboxyl-syreatomer av PTCDA som används för kontakt med molekylen är markerade med två röda kors. Den molekylära orienteringen kan härledas i enlighet med Ref. 17.ove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 1
Figur 7. Frekvensresponsspektrum. Visas frekvensåtergivningen av stämgaffeln sensorn (TFS) mätt i UHV och vid 5 K. Motsvarande Q-faktorvärde är cirka 70.000. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 1
Figur 8. I (z) kurvor registrerades under testet av spetsen-molekylen kontakt. Kontakten etableras genom att närma spetsen mot en av dekarbonsyreatomer PTCDA. Tillvägagångssättet avstånd Az från stabiliseringspunkten I = 0,1 nA, Vb = -0,35 Vis ca 4 Å. Båda var tillvägagångssättet (svart) och indragnings (röd) kurvor registreras med bias Vb = -5 mV. Kraftig hopp observerad vid z = 0 Å i kurvan tillvägagångssätt uppstår på grund av syreatomen i PTCDA fästning mot spetsen och bildar spetsen-molekylen kontakt. Efter det att kontakt bildades spetsen drogs tillbaka vertikalt tillbaka till sitt utgångsläge. När spetsen drogs tillbaka sin kontakt med molekylen spruckit vid z = 0,3 Å. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 1
Figur 9. Exempel på nanostruktureringen av en molekylär skikt av HCM. STM bild (stabilsering Punkt: I = 0,1 A, Vb = -0,35 V) visar 47 vakanser som skapats av på varandra följande avlägsnande av enskilda PTCDA molekyler genom HCM utan att använda 3D virtuell verklighet visuell feedback. Inläggningar visar en sekvens av manipulationer gjorts för att rätta till ett "skrivfel", fyller en vakans av en molekyl bort från ön kanten. (Anpassad från ref. 7) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 1
Figur 10. Ett perspektiv som visar 34 manipulation banor som alla ledde till framgångsrika avskaffandet av PTCDA från monolager. Samtliga banor registrerades samtidigt som man skapar det mönster som visas i figur 9. The infällda bilden visar en projektion av en 7 Å radie sfär kring kontaktpunkten och anger var framgångsrik (röd) och misslyckade (svart) banor penetrera detta område. Alla framgångsrika banor koncentreras i en relativt smal rymdvinkel Ω (anpassad från ref. 7). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 1
Figur 11. Manipulation bana förfining och reproducerbarhet. Projektion av 3D spets banor som spelats in med HCM med 3D virtuell verklighet visuell feedback på en molekyl i en PTCDA / Ag (111) ön. Den infällda i (a) visar tre manipuleringsförsök som utförs av försöksledaren på jakt efter den (framgångsrika) knäckt bana shegen i (a) och (b). Den grå kurvan är den bana som erhålls från medelvärdesbildning av banor som visas i figur 10. Top och sidovyer av sju försök till manipulation efter medelvärdes bana (ingen framgång) och sju försök längs en nyligen funna kinked bana (alla framgångsrika). Färgkodningen visar (a) log (I (x, y, z)) och (b) Af (x, y, z). (Anpassad från ref. 8) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Liksom andra SPM-baserade metoder, de molekylära manipulation experiment som beskrivs i detta dokument beror också till viss del på egenskaperna hos SPM spets. Spetsen apex strukturen (som inte helt kan kontrolleras) bestämmer styrkan hos spets-molekylen bindning. Hence styrkan hos spets-molekylen kontakt kan variera avsevärt och sålunda ibland kan vara för låg. Därför i protokollet hänvisar vi till några grundläggande tester av spetskvalitet och dricks behandling förfaranden. Däremot kan en mer allvarlig spets behandling krävas i vissa fall för att uppnå tillfredsställande manipulation resultat.

En annan kritisk aspekt av kontakt manipulation med en NC-AFM / STM är oscillationen av qPlus sensorn under manipulation. Med ökande amplitud kontrollerad manipulation blir svårare eftersom stämgaffel flyttar spetsen vertikalt upp och ned med totalt 2A 0. I gränsen för stora amplituder spetsen äralltid tillbaka från ytan längs en vertikal bana som avgörande påverkar manipulation. Därför, om de bulleregenskaper den använda NC-AFM / STM tillåter inte fungerar med amplituder långt under 1 Å bör överväga att prova manipulation i STM-läge, det vill säga utan spännande stämgaffeln. Medan ingen information om korsningen styvhet kan erhållas i detta fall, kan konduktiviteten ensam vara tillräcklig för att övervaka manipulation.

Användningen av HMD för visualisering av spetsen bana uppgifter har fördelar men också begränsningar. En klar fördel är vinsten i precision och intuition (i realtid!) Om man arbetar i en äkta 3D virtuell scen miljö. I det avseendet finner vi den virtuella strategi verkligheten att vara mycket mer effektivt än "offline" inspektion av banan data på en vanlig skärm. Å andra sidan bär HMD komplicerar driften med lab-utrustning så attden viktiga uppgifter mätning skall projiceras in i VR (se Figur 6) för att kunna läsas on-line. Denna begränsning kan i framtiden övervinnas med augmented gränssnitt virtuell verklighet där 3D virtual reality scen direkt ovanpå den verkliga bilden av laboratoriemiljö.

Även om det finns andra metoder som par en virtuell verklighet miljö och MCS för att styra en AFM dessa inställningar anges för mikro- och undermikrometerskala manipulation under omgivningsförhållanden 18. Med avseende på manipulation av individuella molekyler med atomär precision vår kombination av MCS, HMD, och LT-SPM är unik. Handstyrd manipulation ger en unik intuitiv tillgång till problemet med molekylär manipulation. Med nivån på kontroll som erbjuds, kan man utföra spektroskopiska studier av enstaka molekyler i olika konfigurationer, förstå mer om den grundläggande fysiks i sådana metall-molekyl-metallföreningspunkter. Med användning av den metod som beskrivs i detta dokument kommer att tillåta en att "lära" de komplexa potentiella energiytor som bestämmer sannolikheten för framgång av en specifik manipulation försök. Med fått tillräcklig intuition kunde delegera att lära sig en dator, slutligen automatisera manipulation processen. En annan följd framtida utveckling av metoden är dess kombination med en atomistiskt realtidssimulering av manövreringsprocessen vilket skulle möjliggöra en ännu mer direkt återkoppling för den som utför experimentet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
LN2 caution: cryogenic liquid
LHe caution: cryogenic liquid
PTCDA caution: irritating substance
Knudsen cell (K-cell) custom
ErLEED Specs used with power supply ErLEED 1,000 A
combient LT NC-AFM/STM Createc
qPlus sensor Createc TFS
preamplifier Createc amplifier for tuning fork signal fixed to LN2 shield (stage 1)
Low-Noise Voltage Preamplifier Standford Research System SR560 external amplifier for tuning fork signal (stage 2)
Variable Gain Low Noise Current Amplifier Femto DLPCA-200 amplifier for tunneling current
Bonita Vicon B10, SN: MXBN-0B10-3658 MCS IR camera
Apex Interaction Device Vicon SN: AP0062 MCS trackable object (TO)
MX Calibration Wand Vicon MCS calibration object
Tracker Vicon MCS software
BS series voltage supply stahl-electronics BS 1-4 RVS
summing amplifier  custom, gain 1, based on operational amplifier TL072
Oculus Rrift Development Kit 2 Oculus VR HMD
TipControl custom-written software
VRinterface custom-written software

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Engineering STM NC-AFM enda molekyl manipulation virtuell verklighet gränssnitt PTCDA 3D-visualisering nanoteknik
Hand Kontrollerad Manipulering av enskilda molekyler via en Scanning Probe mikroskop med en 3D Virtual Reality-gränssnitt
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Leinen, P., Green, M. F. B., Esat,… More

Leinen, P., Green, M. F. B., Esat, T., Wagner, C., Tautz, F. S., Temirov, R. Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface. J. Vis. Exp. (116), e54506, doi:10.3791/54506 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter