Summary
Hier präsentieren wir Ihnen die Protokolle der Differential-Erkennung Analysen der Zeitaufgelösten Infrarot-Schwingungs-Spektroskopie und Elektron Beugung die Beobachtungen der Deformationen der lokalen Strukturen rund um Photoexcited Moleküle in einem einspaltigen ermöglichen Flüssigkristall, indem er eine atomare Perspektive auf die Beziehung zwischen der Struktur und der Dynamik dieses photoaktiven Materials.
Abstract
Wir diskutieren in diesem Artikel die experimentelle Messungen der Moleküle phasengleich Flüssigkristalle (LC) mit Hilfe der Zeitaufgelösten Infrarot (IR)-Schwingungs-Spektroskopie und Zeitaufgelöste Elektronenbeugung. Flüssigkristall-Phase ist ein wichtiger Zustand der Materie, die zwischen der festen und flüssigen Phasen besteht, und es ist üblich in natürlichen Systemen ebenso wie in der organischen Elektronik. Flüssigkristalle sind orientationally bestellt, aber lose verpackt, und daher die interne Konformationen und Ausrichtungen der molekularen Komponenten der LCs können durch äußere Reize geändert werden. Obwohl Zeitaufgelösten erweiterte Beugung Techniken ergaben Pikosekunden-Skala Molekulardynamik von Einkristallen und Mössbauerspektroskopie, direkte Beobachtungen der Verpackung Strukturen und ultraschnelle Dynamik aus weichen Materialien wurde durch verschwommene behindert Beugungsmuster. Hier berichten wir Zeitaufgelösten IR Schwingungs-Spektroskopie und Elektron mineralanteile, ultraschnelle Momentaufnahmen aus einem säulenförmigen LC-Material mit einer photoaktiven Kern Glyko-zu erwerben. Differential-Erkennung Analysen der Kombination von Zeitaufgelösten Schwingungs-IR-Spektroskopie und Elektronenbeugung sind leistungsfähige Werkzeuge für die Charakterisierung von Struktur und Dynamik der photoinduzierte aus weichen Materialien.
Introduction
Flüssigkristalle (LCs) haben eine Vielzahl von Funktionen und sind weit verbreitet in wissenschaftlichen und technologischen Anwendungen1,2,3,4,5,6. Das Verhalten der LCs kann ihre tatsächlichen Bestellung sowie hinsichtlich der hohen Mobilität ihrer Moleküle zugeschrieben werden. Eine molekulare Struktur des LC Materialien zeichnet sich in der Regel durch einen Mesogen Kern und langen, flexiblen Kohlenstoffketten, die hohen Mobilität der LC Moleküle zu gewährleisten. Unter äußere Reize7,8,9,10,11,12,13,14,15 , z. B. Licht, elektrische Felder, Temperaturschwankungen oder mechanische Druck, kleine Intra- und intermolekularen Bewegungen die LC-Moleküle Ursache drastische strukturelle Neuordnung im System, was zu seiner funktionellen Verhalten. Um die Funktionen des LC Materialien zu verstehen, ist es wichtig, ermitteln die molekularen Skala-Struktur in der LC-Phase und die wichtigsten Bewegungen des molekularen Konformationen und Verpackung Verformungen.
Röntgendiffraktometrie (XRD) wird allgemein als ein mächtiges Werkzeug für die Bestimmung der Strukturen des LC Materialien16,17,18eingesetzt. Das Beugungsmuster aus einem funktionalen Reize reagierende Kern ist jedoch oft durch ein breites Halo-Muster der langen Kohlenstoffketten verborgen. Eine effektive Lösung für dieses Problem bietet Zeitaufgelösten Beugung Analyse ermöglicht direkte Beobachtungen der Molekulardynamik photoanregung zu verwenden. Diese Technik extrahiert strukturelle Informationen über die Photoresponsive aromatischen Glyko-über die Unterschiede zwischen den vor und nach photoanregung Beugungsmuster. Diese Unterschiede bieten die Möglichkeit, die Hintergrundgeräusche zu entfernen und die strukturellen Veränderungen des Interesses direkt zu beobachten. Analysen der differenziellen Beugungsmuster zeigen die modulierte Signale aus der photoaktiven Abstimmungsunterlagen allein, damit die schädliche Beugung von den nicht Photoresponsive carbonketten auszuschließen. Eine Beschreibung dieser Analysemethode für differenzielle Beugung in Hada, M. Et Al19.
Beugung Zeitaufgelöste Messungen bieten strukturelle Informationen über die atomaren Umgestaltungen, die auftreten, während der Phasenübergang Materialien20,21,22,23, 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 und chemische Reaktionen unter Moleküle30,31,32,33,34. Mit diesen Anwendungen im Auge hat bemerkenswerte Fortschritte bei der Entwicklung von ultrabright und ultrakurzen gepulst Röntgen35,36 und Elektron37,38,39 , 40 Quellen. Jedoch Zeitaufgelösten Beugung nur angewendet wurde, einfache, isolierten Molekülen oder zur Einzel- oder Poly-Kristalle die höchst anorganische Gitter bestellt oder organische Moleküle produzieren gut gelöst Beugungsmuster Bereitstellung von strukturellen Informationen. Im Gegensatz dazu haben ultraschnelle Strukturanalysen von komplexeren weichen Materialien aufgrund ihrer weniger geordneten Phasen behindert worden. In dieser Studie zeigen wir Ihnen die Verwendung von Zeitaufgelösten Elektronenbeugung und transiente Absorption Spektroskopie sowie Zeitaufgelösten Infrarot (IR)-Schwingungs-Spektroskopie zur Charakterisierung der Strukturdynamik von photoaktiven LC Materialien mit dieser Beugung-extrahiert Methodik19.
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Protocol
1.Time gelöst Schwingungs Infrarotspektroskopie
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Vorbereitung der Probe
- Lösung: Lösen sich die π-erweiterte Cyclooctatetraene (π-Kinderbett) Moleküle in Dichlormethan mit richtige Konzentration (1 Mmol/L).
- LC-Phase: die π-Kinderbett-Pulver auf einem Calciumfluorid (CaF2) Substrat mit Heizplatte bei der Temperatur von 100 ° c zu schmelzen Die Probe bei Raumtemperatur abkühlen.
Hinweis: Wir brauchen ein Material (CaF2 oder Barium Fluorid (BaF2)) zu wählen, die in mid-IR-Spektrum transparent ist.
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Geräte auf-
- Einschalten der Laser Titan Saphir (Exklusivrepräsentation) und die gechirpten Impulsverstärker. Thermisch stabilisieren sie für mehrere Stunden.
- Stellen Sie sicher, dass die Achsen korrekt sind. Überprüfen Sie die Leistung und Stabilität des ultravioletten (UV)-Pumpe und die mid-IR-Sonde und richten Sie den Strahlengang ggf. neu aus. Der optische Aufbau der Zeitaufgelösten Infrarot-Spektroskopie ist in Abbildung 5zur Verfügung gestellt.
- Cool das HgCdTe IR-Detektor-Array mit flüssigem Stickstoff. Stellen Sie sicher, dass das Spektrometer richtig gelegen ist, so dass die angemessene Menge an Licht im Bereich von Interesse erkannt wird. Kalibrieren Sie das Spektrometer mit Absorptionsspektren von bekannten Materialien wie Polystyrol oder Polyethylen Polyethylenterephthalat.
- Montieren Sie eine Probe, die großen Foto-induzierte Einschwingverhalten (Si-Wafer (1 mm) oder Re(bpy)(CO)3Cl/CH3CN Lösung) auf dem Probenhalter zeigt. Suchen Sie die Pumpe-Sonde Verzögerung auf einen positiven Wert und optimieren Sie die Menge des transienten Signals durch Rühren Pumpstrahl um die Pumpe-Sonde Überlappung zu gewährleisten.
- Finden Sie die Zeiteinstellung Herkunft durch die Long-Range Scan auf die Pumpe-Sonde Verzögerung mit dem selbstgebauten Programm (Abbildung 6). Überprüfen Sie die Position, wo das vorübergehende Signal beginnen zu entstehen.
- Überprüfen Sie die Dynamik der symmetrischen und Anti-symmetrische Schwingung Co Dehnung in Re(bpy)(CO)3Cl deren Dipolmomente orthogonal sind. Beachten Sie, dass beide genau das gleiche Dynamik zeigen sollte, wenn die magischen Winkel Bedingung ordnungsgemäß erfüllt wird.
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Messung und Datenerfassung
- Lösung: Montieren Sie die selbst gebaute Durchflusszelle. Richten Sie das sprudelnde Gerät mit Inertgas (Stickstoff (N2) oder Argon (Ar)), bei Bedarf. LC-Phase: Montieren Sie die Spin-beschichtete π-Kinderbett-Probe mit dem Substrat auf der motorisierten Bühne kontinuierlich bewegen die Laser-Spots auf die Probe, die Laser-induzierte Schäden zu minimieren.
- DoubleCheck die Zeit NULL-Position mit der Probe.
- Den Scanbereich der Pumpe-Sonde Verzögerung korrekt eingestellt (Start, End und Step).
- Wählen Sie ein Verzeichnis, Daten zu speichern.
- Starten Sie die Datenerfassung mit dem selbstgebauten Programm.
Hinweis: Die Daten werden automatisch in das Verzeichnis aufgezeichnet.
(2) Zeitaufgelöste Elektronenbeugung
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Herstellung von Probe-Substrat
- Kaufen einen (001) Siliziumwafer (200 µm dick), beide Seiten davon bereits überzogen mit 30 nm dicken Silikon-reiche Siliziumnitrid (Si3N4oder einfach Sünde sind) Film (Abbildung 11A). Schneiden des Sünde/Si/SiN-Wafers im Quadrat (15 × 15 mm2).
- Bestrahlen Sie mit Ar Cluster Ion Balken41 bei der Fluence 2,5 × 1016 Ionen/cm2 auf einer der Seiten des Wafers SiN/Si/SiN aber eine metallene Maske (Abbildung 12), die ausreicht, um die 30-nm-Sünde Dickschicht (Abbildung 11 entfernen B, C).
Hinweis: Eine alternative Methode zur Sünde Film zu entfernen ist Plasma Ätzen oder Ion Balken Ätzen. - Bereiten Sie Kaliumhydroxid (KOH) wässrige Lösung mit einer Konzentration von 28 %.
- Setzen des Wafers in KOH-Lösung bei einer Temperatur von 60-70 ° C für 1-2 Tage (Abbildung 11D), die weiter von der Si-Wafer über isotrop chemische Ätzung42Ätzen durchführen.
Hinweis: Die Ätzrate für Si von KOH-Lösung ist wesentlich schneller, die für die Sünde, so die Sünde Dünnschicht als selbsttragende Membranen (Abbildung 11E bleibt). - Reinigen Sie den Wafer mit Sünde Membranen in entionisiertem Wasser und trocknen Sie ihn mit Stickstoffgas.
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Vorbereitung der Probe
- Lösen sich die π-Kinderbett-Moleküle in Chloroform bei einer Konzentration von 10 mg/mL.
- Programmieren der Spin Coater: beschleunigen Sie auf 2000 u/min in 5 s, halten Sie die Rotation für 30 s und stoppen die Drehung. Spin-Mantel die π-Kinderbett-Lösung auf die Sünde Membran Substrat wie in Abbildung 11Fgezeigt.
Hinweis: Eine ordnungsgemäße Wafer-Größe für Spin-Coating muss mehr als 10 × 10 mm2, da die Oberflächenspannung manchmal Spin-Beschichtung von Materialien auf kleinere Scheiben, zum Beispiel stört, eine Sünde-Membran-Raster für Transmissions-Elektronenmikroskopie. - Legen Sie die Probe auf die Sünde Membran Substrat auf einer Herdplatte bei einer Temperatur von 100 ° C beschichtet, schmelzen und nach und nach Abkühlen auf Raumtemperatur (Abbildung 11G).
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Messungen
- Montieren Sie die Probe auf der Probenhalter mit einer Schraube und der Probenhalter in der Vakuumkammer (Probenraum).
- Die Vakuumkammer mit einem Deckel verschließen und schalten eine Kreiselpumpe zur Evakuierung der Kammers bis ein Vakuumniveau von weniger als 1000 Pa. Schalten Sie danach die molekularen Turbopumpen, bis die Elektronenkanone Kammer in das Vakuumniveau von ~ 10-6 Pa (in der Regel für mehr als 12 h) wird.
- Schalten Sie die Exklusivrepräsentation-Laser und der Chirp Impulsverstärker und thermisch stabilisieren sie für mehr als 1 h. Der experimentelle Aufbau der Zeitaufgelösten Elektronenbeugung ist in Abbildung 9zur Verfügung gestellt. Legen Sie die Wiederholrate auf 500 Hz.
- Schalten Sie den Thriller – Coupled Ladegerät (CCD) Kamera und Abkühlen auf 10 ° C.
- Schalten Sie die Stromversorgung und passen Sie die Spannung auf 75 kV.
Hinweis: Der Leck-Strom des Netzteils sollte nicht außerhalb des Bereichs von 0,1 µA schwanken. - Spezielle überlappen. Öffnen Sie der Labor-codierten Automatikprogramm (Abbildung 10A) und legen Sie die Belichtungszeit (50 ms). Finden Sie die Electron Beam Position mit einer Lochkamera ausgestattet in der Probenhalter mit dem Programm indem Starttyp auf Z_overlap für die Überlappung der z-Achse und Y_overlap und Schaltfläche " Start " drücken.
- Den Elektronenstrahl auf die Pinhole-Position festgelegt und richten Sie die Pumpe Laser mit dem reflektierten Pumpe Licht durch das Loch.
- Messen Sie die Zeit-NULL-Position mit einem anorganischen Material (Bi2Te3) auf der Probenhalter mit einem Labor-codierten Automatikprogramm (Abb. 10B) durch die Einstellung Starttyp Zeit gelöst und Pressung Schaltfläche "Start". Einstellen Sie für diesen Prozess den Pumpe Fluence 2 mJ/cm2.
- Einfügen der Faraday-Becher zum Pass des Elektronenstrahls und messen den Fluence des Elektronenstrahls mit ein Picoammeter Labor aufgebaut und durch Drehen verstellbaren ND-Filter in der Sonde Zeile angepasst werden. Einstellen Sie Thefluence von der Pump-Puls durch Drehen der Waveplate auf der pumpenleitung.
- In der Probe bringen und legen Sie die Belichtungszeit der CCD Kamera. Erhalten Sie das Elektron Beugung Bild mit der Labor-codierten Automatikprogramm (Abb. 10B) durch die Einstellung Starttyp auf einzelne und drücken der Schaltfläche " Start ".
- Schalten Sie das Peltier-Element der CCD Kamera und kühlt es bis auf die Temperatur von-20 ° C.
- Legen Sie den Zeitschritt und Anzahl der Schritte für die Zeitaufgelöste Messungen. Die Zeitaufgelöste Elektron Beugung Bilder mit der Labor-codierten Automatikprogramm (Abb. 10B) durch Einstellung Starttyp auf Zeit gelöst und drücken der Schaltfläche " Start " zu erhalten.
- Erhalten der Zeitaufgelösten Hintergrundbild mit dem Elektron Beschleunigung Netzteil mit der Labor-codierten Automatikprogramm (Abb. 10B) ausschalten indem Starttyp auf Zeit gelöst und drücken die Schaltfläche " Start ".
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Representative Results
Wir entschieden uns für eine sattelförmige π-Kinderbett Skelett43,44 als Ganzes photoaktiven Kern des LC-Moleküls, weil es eine wohldefinierte Säulenförmige stapelnde Struktur bildet und der Mittelring 8-gliedriger Kinderbett erwartet wird, zeigen ein Photoinduzierte Konformationsänderungen verwandeln sich in eine flache Form aufgrund aufgeregt Zustand Aromatizität19,45. Synthetische Verfahren dieses Materials ist in früheren Veröffentlichung19bereitgestellt. Das synthetisierte LC-Molekül besteht aus einem Kern π-Kinderbett und eine typische dendritischen Kohlenstoff-Kette Glyko-46,47, mit der Summenformel C204H324N4O12S4 ( Abbildung 1). Das Material weist eine Säulenartige LC Phase bei Raumtemperatur, ermöglichte die strukturelle Analyse der LC Phase durchgeführt werden, ohne die Temperatur zu kontrollieren. Abbildung 2 zeigt das XRD-Muster der LC Phase mit Cu Kα Strahlung erzielt. Im Spektrum auftauchen mehrere Peaks im niedrigen Beugung Winkel (2θ < 10 °; d > 8.8 Å), zusammen mit einer breiten Spitze schräg Breite Beugung (2θ ≈ 20°; d ≈ 4,4 Å). Die LC-Struktur zeichnet sich als eine rechteckige einspaltiges Formular, in dem Sattel Moleküle aufeinander ausrichten. Die XRD-Analyse ergab die Gitterparameter von einem 62 = Å und b = 42 Å. Die intermolekulare Abstand in der gestapelte Spalte entlang der c-Achse wurde durch eine breite Beugung Spitze aus dendritischen Kohlenstoff-Kette Glyko-verdeckt. Diese Situation ist durchaus üblich, dass typische säulenförmigen LC Materialien.
Photoinduzierte Dynamik des säulenförmigen LC Materials bestehen aus einer Abfolge von strukturellen Bewegungen auf verschiedenen Zeitskala. Zuerst tritt eine Konformationsänderung auf molekularer Ebene. Dies folgt Verformungen der lokalen Verpackungsstruktur, die stattfinden, um die Photoexcited-Moleküle in die π-gestapelte Säulen. Wir zunächst vorübergehenden Übertragung Spektroskopie mit verschiedenen Pumpe und Sonde Energien auf Dünnschichten des π-Kinderbett-Moleküls, die optische Anregung zu bestätigen durchgeführt und photoinduzierte Dynamik verbunden. Transiente Absorption Spektroskopie ist die konventionelle Art der Zeitaufgelöste Spektroskopie, die heutzutage im Handel erhältlich ist. Ein 100 fs optischer Impuls aus zwitscherten Impulsverstärker ist in Pumpe und Sonde Balken getrennt. Der Puls in der Pumpe Strahl (Pump-Puls) bei einer Wellenlänge von 800 nm in Photonen 266 nm Wellenlänge durch zwei Beta-Barium Borat (BBO) Kristalle umgewandelt wird. Der Puls in der Sonde Strahl (prob-Puls) konzentriert sich durch einen Saphir-Fenster, weißes Licht (500-700 nm) zu generieren. Die beiden optischen Impulsen konzentrieren uns auf die Probe mit fused-Silica-Objektive, und der übertragenen weißen Sonde Strahl ist zerstreut durch das Spektrometer und mit einer Si-Photodiode detektiert. Der Vorfall Fluenz der Pumpe Strahl verwendet in unseren Experimenten war 1 mJ/cm2. Die Probe wurde verteilt auf einem Substrat von Bulk-CaF2, bei 100 ° C auf einer heißen Platte geschmolzen und dann langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Masse BaF2 und CaF2 Substrate sind transparent über den Wellenlängenbereich von 150 nm bis 12 µm und 130 nm bis 10 µm bzw.. Die messbare Wellenlängenbereich dieser Materialien hängt von der Dicke der Probe und Substrat als auch die Intensität des IR-Lichts.
Abbildung 3 A zeigt die transiente lichttransmissionsfaktor bei Pumpe und Sonde Energien von 4,7 eV und ca. 2,1 eV (Wellenlängen von 266 und 500-700 nm), beziehungsweise. Ein Molekül, das UV-Licht absorbiert ist sofort zu einem weit von Gleichgewicht Zustand (Sn) und Transfers zu den S1 Zustand innerhalb von 2 Ps, begeistert, wie in Abbildung 3Bdargestellt. Einmal in der S1 oder T-1 -Status, das Molekül kehrt zurück an den S-0 -Staat in 20 oder 150 Ps (Abbildung 4). Allerdings bleibt ein kleiner Teil der Moleküle im angeregten Zustand für mehr als 1 ns. Wir versehen die vorübergehende Durchlässigkeit mit folgender Gleichung:
ΔT/T = A1exp (-t / τ1) + A2 exp (- t / τ2 ) + 3, (1)
wo die erste und zweite Begriffe weisen auf exponentiellen Zerfall mit der Zeitkonstanten τ1 = 20 Ps und τ2 = 150 Ps. Der dritte Begriff suggeriert den Verfall der noch längeren Zeitskala (> 500 Ps).
Um die photoinduzierte Konformationsänderungen Änderung zu bestätigen, haben wir in der LC Phase Zeitaufgelösten IR Schwingungs-Spektroskopie auf die π-Kinderbett Dünnschicht durchgeführt. Der experimentelle Aufbau UV Pumpe bei der Wellenlänge von 266 nm und mittleren Infrarot (IR) Sonde bei der Wellenlänge von 1050-1700 cm-1 Zeitaufgelösten IR Schwingungs-Spektroskopie48,49,50,51 ist in Abbildung 5dargestellt. Die grafische Benutzeroberfläche des Labor-codierten automatischen Programms ist in Abbildung 6dargestellt. Die Messungen wurden in den Übertragungsmodus für π-Kinderbett-Molekülen in Lösung (1 Mmol/L CH2Cl2 Lösungsmittel) und für die LC-Phase auf einem CaF2 Substrat beschichtet. In der Nähe von IR optischer Impuls (800 nm), mit einer Pulsdauer von 120 fs, Pumpe und Sonde Balken mit einem Strahlteiler aufgeteilt wurde. Die Pump-Puls wurde ein UV umgebaut (266 nm) Puls durch zwei BBO Kristalle und ein Calcit-Kristall. Ein Lichtstrahl, der das prob-Puls konvertierte zum mid-IR-Wellenlängen (1000-4000 cm-1) durch die Verwendung eines optischen parametrischen Verstärkers ausgestattet mit einem Unterschied-Frequenz-Generation Kristall, AgGaS2. Die UV Pumpe und mid-IR Sonde Impulse konzentrierten sich auf die Probe mit Linsen. Der Einfallswinkel der Pumpe und Sonde Balken wurden eingerichtet, um etwa senkrecht zur Oberfläche der Probe sein. Die Wiederholrate und der Vorfall Fluence von UV-Pump-Puls waren 500 Hz und 1 mJ/cm2. Die breit-Bandbreite prob-Puls war zerstreut durch ein Gitter und dann ein 64-Kanal, HgCdTe IR-Detektor-Array erworben. Die ultraschnelle elektronische Antwort von Silizium wurde zur "Time-Zero"52 zu bestimmen, wenn die Pumpe und Sonde Impulse gleichzeitig an den Probenort ankommen. Verschiedene Arten von Probenhalter wurden verwendet, um die Proben in Lösung und in der LC Phase messen. Die LC beschichtet CaF2 Substrat durch eine Klammer auf einem einfachen optischen Halter gehalten wurde auf einem motorisierten Zustand montiert. Die motorisierte Bühne zog die Probe im Vergleich zu den Laser mit Schwerpunkt zusammenhangslos mit der Pumpe-Sonde-Messungen, die Laser-induzierte Schäden zu minimieren. Im Gegensatz dazu wurde die Probe in Lösung in ein Labor aufgebaut Flüssigkeit-Durchflusszelle ausgestattet mit zwei BaF2 Fenstern mit einer optischen Weglänge von 100 µm durch die Probe eingeführt. Die Flüssigkeit-Durchflusszelle ist ein closed-Loop-Systems durch eine Membranpumpe versorgt.
Die beobachteten IR-aktiven Modi in den Sattel und flache Strukturen wurden Berechnungen-Dichtefunktionaltheorie (DFT) Frequenz zugeordnet. Die DFT Berechnungen werden im Haupttext und in den ergänzenden Materialien von einer früheren Veröffentlichung19Angaben. Die daraus resultierenden Zeitaufgelösten Spektren zeigen die Entwicklung der molekularen Schwingungs-Modi des Referats planar π-Kinderbett. Abbildung 7 zeigt die differenzielle Schwingungs-Spektrum bei einer Verzögerungszeit von 100 Ps, zusammen mit den berechneten T1-S0 differential Schwingungs Spektrum, das erworben wurde, durch das Spektrum der Sattelform in S0 von subtrahieren Das Spektrum an die flache Form in T1. Die Abbildung zeigt, dass die experimentellen Daten und Berechnungen im großen und ganzen im gegenseitigen Einvernehmen sind. Bessere Vereinbarung wurde mit dem T1-S0 Spektrum als mit der S1-S0 Spektrum erhalten, obwohl die S-1 und T1 optimiert Strukturen ausgestellten ähnliche flache Konformationen. Nachdem die photoanregung beobachteten wir mehrere Peaks in der Schwingungen-Spektren. Die charakteristische Peaks bei Ritz von 1183 1338 und 1489 cm-1 entspricht die Dehnung Modi der Kinderbett und Thiazole Ringe oder von APEO Moieties, die schwach oder nicht IR-aktiven in der Sattelform in S0 sind aber stark-IR-aktiv in die flache Form in T1. Die zeitabhängige Entwicklung der Peak-Intensität bei 1338 cm-1 zeigt Dynamik identisch mit denen beobachtet vorübergehend sichtbar Übertragung Spektroskopie. So zeichnen sich die photoinduzierte Dynamik auf molekularer Ebene durch einen Sattel-Wohnung Konformationsänderung des Referats π-Kinderbett innerhalb 2 Ps, gefolgt von Entspannung zurück zu der ursprünglichen Sattelform in 10-20 Ps oder 150 Ps (Abbildung 8A). Die Zeitaufgelöste IR-Spektren wurden auch mit GL. (1) ausgestattet. Laut der Zeitentwicklung des IR-Peak-Intensität (1335 cm-1) von der π-Kinderbett in Lösung (Abb. 8B) war nur der schnelle Zeitkonstante (10-20 Ps) beobachtet. Daher entspricht die schnelle Zeitkonstante in Abbildung 3B und Abbildung 8B beobachtet die Entspannung Dynamik von isolierten Molekülen, die in der Regel an die Oberfläche oder die Schnittstelle des LC Materialien befinden.
Um Verpackung Verformung an den Standorten der Photoexcited Moleküle in der kondensierten LC Phase untersuchen, haben wir Zeitaufgelösten Elektron Beugung Messungen durchgeführt. Der Versuchsaufbau für kompakte beschäftigt, Gleichstrom (DC) beschleunigte Elektronen-Beugung-Messungen, die53,54 in Abbildung 9dargestellt ist. Die grafischen Benutzeroberflächen der Labor-codierten automatische Programme sind in Abbildung 10dargestellt. Der Prozess der Probenvorbereitung ist in Abbildung 11zusammengefasst, und die Schichtdicke der Probe war entschlossen, mit Einzel-Wellenlänge (635 nm) Ellipsometer ~ 100 nm, wo Sie die Methodik in Hada finden, M. Et Al. 55. das Detail der Metallmaske verwendet für die Cluster Ion Beam Bestrahlung ist in Abbildung 12zur Verfügung gestellt.
In der Nähe von IR optischer Impuls (800 nm) mit dem Puls Dauer von 120 fs trennte sich mit einem Strahlteiler in zwei Strahlen: Pumpe Strahl und Sonde Strahl. In der Nähe von IR Puls in der Pumpe Strahl umgebaut UV (266 nm) Puls mit Second Harmonic Generation (SHG) in einem BBO-Kristall, gefolgt von einem Calcit-Kristall, und ein weiteres BBO Kristall für Dritte-Harmonic Generation (THG). Die Calcit-Kristall wird verwendet, um die Ankunftszeit der grundlegenden und der SHG Licht so einstellen, dass sie gleichzeitig im zweiten BBO Crystal für THG ankommen. Die Pump-Puls wird durch ein Fused-Silica Objektiv Photoexcite ~ 100 nm Dicke Folie π-Kinderbett-Molekül in der LC Phase fokussiert. In der Nähe von IR Puls in der Sonde Strahl wurde ebenfalls in einen UV-Impuls umgewandelt und konzentrierte sich auf eine gold Photokathode einen Elektron Impuls erzeugen. Die UV-Puls zur Erzeugung von Elektronen wurde gestreckt, durch eine 25 mm Dicke fused-Silica-Platte auf eine Dauer von > 500 fs. Die Vakuumkammer zur Zeitaufgelösten Elektronenbeugung in zwei Teile, d. h., die Waffe Kammer und Probenraum getrennt wurde. Der Photokathode und Elektrode in der Elektronenkanone Kammer mit einer saugstufe von ~ 10-6 Pa platziert wurden, und die Probe wurde in die Probenkammer mit einer saugstufe ~ 10-4 PA gelegt Die Elektron-Puls war auf eine Energie von 75 beschleunigt keV durch eine DC-Bereich. Mit einem magnetischen Objektiv auf eine 1:2 fasergekoppelte CCD-Kamera mit einem P43 (Gd2O2S:Tb) Phosphor Szintillator beschichtet konzentrierten sich die Elektronen, die gebeugt und direkt durch die Probe übertragen wurden. Die zeitliche Verzögerung zwischen der Pumpe und Sonde Impulse wurde durch einen optischen Zustand in der Pumpe Strahl variiert.
Die Punktgrößen der Pumpe UV Puls und prob-Elektron-Puls wurde gemessen, um 210 und 100 µm, bzw. werden mit Hilfe eines Messerschneide. Der Vorfall Laser Fluence war 1,2 mJ/cm2. Von der Übertragung und Reflektivität der Probe gemessen um 40 % und 30 % betragen wollte der Absorption Fluence 0,36 mJ/cm2sein. Photoinduzierte strukturelle Veränderungen im Inneren des Materials wurden mit Elektron Pulsen mit 2 × 104 Elektronen (3 fC) untersucht. Die Zeit-NULL wurde von der ultraschnellen atomaren Antwort ein anorganisches Material (Bi2Te3)56bestimmt. Die Impulsdauer des Elektronenstrahls war entschlossen, in der Größenordnung von 1 Ps werden durch ein Plasma-Methode-57. Das Verhältnis zwischen der Q-Wert und die Pixelgröße in der CCD-Kamera wurde auch mit der (110) und Flecken (300) Beugung von Bi2Te3kalibriert. Um ein Elektronenbeugung Bild zu erhalten, wurden 1 × 104 Elektron Impulse bei einer Repetitionsrate von 500 Hz gesammelt. Seine Elektron Beugungsmuster, d. h., die Qualität der Sünde Membran bestimmt ist kann das Elektron Beugungsmuster aus der Sünde Membran beobachtet werden, denn es ist amorph (Abbildung 13A).
Die zweidimensionale Elektron Beugungsmuster aus dem LC dünnen Film zeigte einen vagen, Breite Halo-Ring aus langen Kohlenstoffketten (Abb. 13B), ähnlich wie bei den breiten XRD-Gipfel beobachtet in der Beugung Winkel 2θ ≈ 20 °. Diese breite Halo, die in der Regel in LC Materialien zu beobachten ist, besteht aus einer Reihe von Beugung Gipfel durch die langen Kohlenstoffketten produziert und ein paar Spitzen aus den funktionalen Kern Glyko-(Abbildung 14). Unter äußere Reize, wie z. B. Photoirradiation strukturelle Verformungen werden induziert, um die Reize reagierende Kern Moieties und Modulation der Spitze in die Beugungsmuster erfolgt anschließend. Durch Subtraktion der ersten Beugungsmuster daraus 500 Ps nach UV-Bestrahlung Impuls erhalten, können wir die modulierte Beugungsmuster induziert durch die UV-Bestrahlung extrahieren. Die daraus resultierende differenzielle Beugungsmuster ist klar definiert, mit eindeutig beobachtbaren negativen und positiven Ringe (Abbildung 13C), trotz kleine Mengen von Peak-Modulation. Die negativen Spitzen aus der ursprünglichen Struktur verschwinden auf Photoirradiation, während die positiven Gipfel die Bildung der neuen geordnete Struktur angeben.
Die radiale Durchschnitte der differenziellen Beugungsmuster -50 und 500 Ps nach der UV-Bestrahlung Puls sind in Abbildung 15Avorgestellt. Negative Peaks werden beobachtet bei Qzu entwickeln-Werte von 0,245 Å-1 und 0.270 Å-1. Mit Molekulardynamiksimulationen (MD), haben wir die differenzielle Elektron Beugungsmuster in Abbildung 15Bberechnet. Die Angaben der MD-Berechnungen in den Haupttext und ergänzende Materialien der Referenz 19. Montage der experimentellen Daten zu den MD Simulationen zufolge vor photoanregung, die Struktur periodische Längen von 4,55 Å und 3,7 Å entsprechend der Periodizität der π-Kinderbett Moleküle entlang der c-Achse und der Abstand zwischen den π-gestapelt hatte APEO Einheiten, beziehungsweise. Es ist auch erwähnenswert, dass die entsprechende Dynamik mit Zeitaufgelösten Elektronenbeugung beobachtet wird. Abbildung 16zeigt die zeitliche Entwicklung der Intensitäten der negativen und positiven Beugung Gipfel. Die Zerstörung der Stapelreihenfolge π-π Auftritt auf einer Zeitskala von 300 Ps und ist langsamer als der Sattel-Wohnung Konformationsänderung des molekularen Rahmen. Die positive Spitze (bei 0,37 Å-1) beginnt 200 Ps nach der photoanregung zu erhöhen.
Für weitere Interpretation der Zeitaufgelöste Spektroskopie und Beugung photoanregung auf das Sample zu richten. Mit der Zahl der einfallenden Photonen (1,2 mJ/cm2) und die Anzahl der Moleküle pro Flächeneinheit, berechneten wir, dass etwa 25 % der Moleküle UV-Licht absorbieren und Sattel-Wohnung Konformationsänderung potenziell zu unterziehen. Dargestellt durch vorübergehende Übertragung Spektroskopie und Zeitaufgelöste IR Schwingungs-Spektroskopie, die meisten Photoexcited Moleküle entspannt in den Ausgangszustand in 150 Ps, aber einige Moleküle ausgestellt eher langsam Dynamik in der LC-Phase. Insbesondere blieb ca. 7-8 % der Photoexcited Moleküle, höchstens 2 % aller Moleküle in das Material in die flache Gestaltung für 300-1000 Ps. So wurden diese Photoexcited abgeflacht Moleküle zwischen unaufgeregter sattelförmige Moleküle eingeklemmt. Um die anschließende Verpackung Verformungen in der gestapelte Spalte zu erforschen, führten wir weiter MD Berechnungen unter Berücksichtigung der fünf gestapelte Moleküle mit dem Orden des Sattel-Sattel-Wohnung-Sattel-Sattel Konformere angeordnet. In die Säulenförmige Struktur induziert die Sattel-Wohnung Konformationsänderung eines Photoexcited Moleküls deutliche sterische Abstoßung gegen die starre APEO Teile der benachbarten Moleküle. Um die sterische Behinderung zu vermeiden, löste lokalen strukturellen Verformungen verschlungenen Bewegungen in den gestapelten Molekülen auf einer Zeitskala von ~ 300 Ps.
In Abbildung 17fassen wir unsere Erkenntnisse für die photoinduzierte Dynamik der π-Kinderbett Moleküle. Die UV-photoanregung löst einen Sattel-Wohnung Konformationsänderung in wenigen Pikosekunden in T1 oder S1 des Photoresponsive Kerns. Die meisten der Wohnung geformte, elektronisch aufgeregt Moleküle entspannen Sie zu ihrer ursprünglichen Form innerhalb von 20 Ps (für isolierte Moleküle) oder 150 Ps (für gestapelte Moleküle). Ein kleiner Prozentsatz bleiben jedoch in der LC-Phase, eingeklemmt zwischen den Molekülen sattelförmige. Aufgrund der sterische Effekte unter die unterschiedlich geformten Moleküle in den säulenförmigen Verpackungsstruktur auftreten verschlungenen Bewegungen innerhalb 300 Ps, die lokale stapelnde Struktur zu zerstören und den Bau einer neuen Periodizität.
Abbildung 1: chemische Struktur von der π-Kinderbett-basierte LC Molekül. Die Summenformel des Moleküls π-Kinderbett-basierte LC ist C204H324N4O12S4 mit einem Molekulargewicht von 3153.03. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: der statischen XRD Spektrum. Das x-ray Diffraction Muster zeigt mehrere Gipfel, wie durch den roten Pfeilen angezeigt. Die Spitze Belegung derjenigen, die durch rote Pfeile angedeutet sind dargestellt in den ergänzenden Materialien Hada, M. Et Al. 19. die blaue Decke zeigt den (001) Gipfel des π-Kinderbett-Moleküls. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3 : Entwicklung der transienten Übertragungsspektrum Zeit. (A) die steigende Signal-Komponente hat eine Zeitkonstante von 2 Ps, und (B) die Relaxationszeit-Konstanten sind 20 und 150 Ps. Diese Zahl wurde angepasst von Hada, M. Et Al. 19. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4 : Schematische Energie Diagramm der Konformationsänderung der π-Wanne core-Einheit Der dynamische Übergang von einem Sattel (S0) auf eine Wohnung (S-1 oder T-1) Struktur ergibt sich aus der vorübergehenden Übertragungsspektrum. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5: Schematische Darstellung zeigt den Versuchsaufbau für Zeitaufgelöste IR Schwingungs-Spektroskopie. Ein Exklusivrepräsentation Oszillator erzeugt einen IR-Impuls mit einer Wellenlänge von 800 nm, Pulsdauer von 120 fs, macht der 10 ~ nJ und Wiederholung Rate von 80 MHz. Ein gechirpten Impulsverstärker verstärkt dieses Impulses, um eine Potenz von ~ 4 mJ und mit einer Wiederholrate von 1 kHz. Die Symbole BS, λ/2 BBOs und Calcit und ODL vertreten Strahlteiler, λ/2 Waveplate, BBO und Calcit-Kristalle und optische Delay-Line, bzw.. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 6: grafische Benutzeroberfläche des Programms Labor errichtet für Zeitaufgelöste IR Schwingungs-Spektroskopie. (A) Einstellung Einheiten für die Verzögerung. (B) Control Panels für die HgCdTe Infrarot-Spektrometer. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 7: TIme gelöst IR-Spektroskopie von einer π-Kinderbett-basierte LC Dünnschicht. (A, B) Differenzielle IR-Schwingungs-Spektrum mit einer zeitlichen Verzögerung von 100 Ps im Vergleich zu der berechneten differenzielle Schwingungs-Spektrum (T1-S0) gemessen. Der Skalierungsfaktor für das berechnete Spektrum ist 0,97. (C) Schwingungs Peak-Zuordnung für das T-1 -Spektrum. Die Gipfel sind als Schwingungs Modi Kinderbett und Thiazole Ringe, die entaromatisierten-Gruppe oder die APEO-Gruppe eingestuft. Diese Zahl wurde angepasst von Hada, M. Et Al. 19. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 8 : Entwicklung der IR-Peak-Intensität Zeit. (A) die repräsentativen Ritz sind 1338 cm-1 im LC Phase und (B) 1335 cm-1 in der Lösungsphase. Die schnelle (20 Ps) und langsam (150 Ps) Zeitkonstanten sind identisch mit der Dynamik, die in isolierten Molekülen und Moleküle in der LC Phase beobachtet. Schwarze Punkte und rote durchgezogene Linien repräsentieren die experimentellen Daten und ausgestatteten exponentielle Kurven bzw. von der GL. (1) gegeben. Der Einsatz der Figuren repräsentieren die vergrößerten Darstellungen von jeder Figur Withlogarithmic Display. Diese Zahl wurde angepasst von Hada, M. Et Al. 19. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 9: Schematische Darstellung der Versuchsanordnung für Zeitaufgelöste Elektronenbeugung. Gechirpten Impulsverstärker erzeugt einen optischen Impuls mit einer Wellenlänge von 800 nm, Pulsdauer von 120 fs, Kraft des ~2.5 mJ und Wiederholrate von 1 kHz. Die Symbole BBOs und Calcit, FS und FC stehen für BBO und Calcit-Kristalle, Fused-Silica und Faraday GAP, beziehungsweise. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 10: Grafik-Benutzeroberfläche der Programme für die Zeitaufgelöste Elektronenbeugung. (A) GUI für die spezielle Überlappung. Der Bildbereich zeigt den Elektronenstrahl durch die Lochblende übergeben. Der grafische Bereich zeigt die Strahlintensität Elektron mit einer Funktion der Lochkamera Positionen. Die z-Achse und Y-Achse Stufen ausgestattet durch die Probe Halter (und Lochkamera) automatisch bewegen und die Intensität des Elektronenstrahls wird gezeichnet, wenn man die Art starten , als Z_overlap und Y_overlap wählt, und dann die starten drückt Taste. (B) GUI für die Zeitaufgelöste Elektron Beugung Messungen. Der Bildbereich zeigt Elektron Beugungsmuster. Die Stufe der optische Delay-Line fährt automatisch, und das Elektron Beugungsmuster werden erzielt, wenn man den Starttyp als Zeitaufgelösten wählt, und dann die Starttaste drückt . Statische Beugung erhält man auch bei der Auswahl der Starttyp als Einzel- und drücken die Starttaste . Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 11: Protokoll eine Sünde Membran machen. (A) Si-Wafer ist mit einem dünnen Film von Sünde beidseitig beschichtet. (B, C) Bestrahlung mit einem Ionenstrahl Ar Cluster entfernt die Sünde Dünnschicht auf der einen Seite des Wafers. (D) Si-Ätzen mit KOH-Lösung. (E) die Sünde Membran für das Probe-Substrat. (F) die Beispiellösung ist Spin-beschichtet auf der Vorderseite des Substrats. (G) die Probe auf dem Substrat ist bis zu 100 ° C erhitzt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 12: Gestaltung der Metallmaske. Die metallene Maske ist aus Edelstahl gefertigt. Die Größe der Löcher (d: 1,1 mm) richtet sich nach der Größe des Fensters (w: 0,5 mm) und die Dicke der Wafer (l: 0,3 mm) nach der Gleichung d = w + 2l. Die Quadrat-Form-Fenster können aus der Runde Loechern aufgrund der isotropen Ätzen von Si-Wafer erstellt werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 13: Elektronenbeugung Muster aus einem π-Kinderbett-basierte LC Dünnschicht. (A) das Elektron Beugungsmuster von Sünde Membran Substrat. (B) das Elektron Beugungsmuster von π-Kinderbett-basierte LC Dünnschicht ohne photoanregung. (C) Differential Beugung Muster Fromπ-Kinderbett-basierte LC Dünnschicht erhalten mit und ohne photoanregung. Der Maßstabsbalken sind der Einsatz in der Abbildung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 14 : Eine schematische Darstellung des differenziellen Beugung-Methode. (A) die Gipfel von Photoresponsive Moieties sind in einem breiten Halo-Muster aus den langen carbonketten begraben. (B) die differentielle Beugung-Methode erkennt die Gipfel von Photoresponsive Moieties. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 15: ultraschnelle Zeitaufgelösten Elektronenbeugung aus einem π-Kinderbett-basierte LC Dünnschicht. (A) Differential Elektron Beugungsmuster bei-50 und 500 Ps. Die roten und blauen Pfeile zeigen positive und negative Peaks, beziehungsweise. (B) simulierte differenzielle Elektron Beugungsmuster basierend auf eine MD-Berechnung der eine Säulenförmige Struktur π gestapelt. Diese Zahl wurde angepasst von Hada, M. Et Al. 19. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 16: Zeitentwicklung der Electron Diffraction Gipfel. (A) die Q-Werte von 0,245 Å-1 und (B) 0,37 Å-1. Hier, der Q-Wert ist definiert als die gegenseitige Zahl der Gitter Abstand (d). Die Fehlerbalken präsentieren die Standardabweichung von 20 Messungen. Diese Zahl wurde angepasst von Hada, M. Et Al. 19. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 17: strukturelle Dynamik von der Photoexcited säulenförmigen LC. Die Dynamik der Säulenförmige LC-Struktur wurden beobachtet mit Zeitaufgelösten IR Schwingungs-Spektroskopie und Zeitaufgelöste Elektronenbeugung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Discussion
Der entscheidende Schritt des Prozesses während der Zeitaufgelösten Electron Diffraction Messungen ist die Aufrechterhaltung der hohen Spannung (75 keV) ohne aktuelle Fluktuation, da der Abstand zwischen der Photokathode und Anode Platte ist nur ca. 10 mm. Wenn der Strom über dem Bereich von 0,1 µA vor oder während der Experimente schwankt, erhöhen die Beschleunigungsspannung bis zu 90 keV zu entladen und setzen Sie ihn wieder auf 75 keV. Diese Konditionierung muss durchgeführt werden, bis der Strom im Bereich von 0,1 µA schwankt. Die richtige Gestaltung der Elektronenquelle mit genügend Spannungsfestigkeit ist der wichtigste Punkt, diese Art von Maschine zu entwickeln.
Im Allgemeinen können Zeitaufgelösten IR Schwingungs-Spektroskopie und Zeitaufgelöste Electron Diffraction Techniken für nur Materialien angewendet werden, die photoinduzierte strukturelle Veränderungen unterzogen werden. Diese Techniken haben jedoch große Vorteile, die strukturelle Dynamik auf weichen Materialien zu beobachten, weil die Elektron-Sonde empfindlicher auf die Positionen der Lichtelemente (Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, etc.) als die Röntgen-Sonden und weil die mid-IR-Sonde empfindlicher auf der Schwingungs-Modus der Bande zwischen der leichten Elemente als das Licht mit anderen Bereich der Wellenlänge ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen Zeitaufgelöste Differential-Erkennung Analysen der Kombination von IR Schwingungs-Spektroskopie und Elektron mineralanteile direkte Beobachtungen der Strukturen und die Dynamik des LC Materialien bieten kann. Dieser Ansatz kann ganz allgemein angewendet werden, um die lokale strukturelle Bewegungen der Reize reagierende Einheiten in komplizierten weicher Materie Systemen wie Zellmembran Proteine, schlägt eine neue Richtung für die Wissenschaft der ultraschnelle Strukturdynamik zu bestimmen.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Acknowledgments
Wir danken Dr. S. Tanaka am Tokyo Institute of Technology für Zeitaufgelöste IR Schwingungs-Spektroskopie Messungen und Prof. M. Hara und Dr. K. Matsuo an der Nagoya Universität für XRD-Messungen. Wir bedanken uns auch Prof. S. Yamaguchi an der Nagoya University, Prof. R. Herges an der Universität Kiel und Prof. R. J. D. Miller am Max Planck Institut für die Struktur und Dynamik von Materie wertvolle Diskussionsgrundlage.
Diese Arbeit wird unterstützt durch die japanische Science Technology (JST), PRESTO, zur Finanzierung der Projekte "Molekulare Technologie und Schaffung von neuen Funktionen" (Grant Number JPMJPR13KD, JPMJPR12K5 und JPMJPR16P6) und "Chemische Umwandlung von Lichtenergie". Diese Arbeit wird auch teilweise von JSPS Zuschuss Zahlen JP15H02103, JP17K17893, JP15H05482, JP17H05258, JP26107004 und JP17H06375 unterstützt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chirped pulse amplifier | Spectra Physics Inc. | Spitfire ACE | For time-resolved IR vibration spectroscopy |
| Chirped pulse amplifier | Spectra Physics Inc. | Spitfire XP | For time-resolved electron diffractometry |
| Femtosecond laser | Spectra Physics Inc. | Tsunami | For time-resolved IR vibration spectroscopy |
| Femtosecond laser | Spectra Physics Inc. | Tsunami | For time-resolved electron diffractometry |
| Optical parametric amplifier | Light Conversion Ltd. | TOPAS prime | |
| 64-channel mercury cadmium tellurium IR detector array | Infrared Systems Development Corporation | FPAS-6416-D | |
| FT-IR spectrometer | Shimadzu Corporation | IR Prestige-21 | |
| High voltage supply | Matsusada precision | HER-100N0.1 | |
| Rotary pump | Edwards | RV12 | |
| Molecular turbo pumps | Agilent Technologies Japan, Ltd. | Twis Torr 304FS | |
| Vacuum gauges | Pfeiffer vacuum systems gmbh | PKR251 | For ICF70 flange |
| Vacuum monitors | Pfeiffer vacuum systems gmbh | TPG261 | |
| Fiber coupled CCD camera | Andor Technology Ltd. | iKon-L HF | |
| BaF2 and CaF2 substrates | Pier optics | Thickness 3 mm | |
| AgGaS2 crystal | Phototechnica Corporation | Custom-order | |
| BBO crystals | Tokyo Instruments, Inc. | SHG θ=29.2 deg THG θ=44.3 deg |
|
| calcite crystals | Tokyo Instruments, Inc. | Thickness 1mm | |
| Optical mirrors | Thorlabs | PF10-03-F01 PF10-03-M01 UM10-45A |
Al coat mirrors Au coat mirrors Ultrafast mirrors |
| Optical mirrors | HIKARI,Inc. | Broadband mirrors | |
| Dichroic mirrors | HIKARI,Inc. | Custom-order Reflection: 266 nm Transmission: 400, 800 nm |
|
| Optical chopper | Newport Corporation | 3501 optical chopper | |
| Optical shutters | Thorlabs Inc. | SH05/M SC10 |
|
| Optical shutters | SURUGA SEIKI CO.,LTD. | F116-1 | |
| Beam splitters | Thorlabs Inc. | BSS11R | |
| Fused-silica lenses | Thorlabs Inc. | LA4663 LA4184 |
|
| BaF2 lens | Thorlabs Inc. | LA0606-E | |
| Polarized mirrors | Sigmakoki Co.,Ltd | Custom-order Designed for 800 nm Reflection: s-polarized light Transmission : p-polarized light |
|
| Half waveplate | Thorlabs Inc. | WPH05M-808 | |
| Mirror mounts | Thorlabs Inc. | POLARIS-K1 KM100 |
Kinematic mirror mounts |
| Mirror mounts | Sigmakoki Co.,Ltd | MHAN-30M MHAN-30S |
Gimbal mirror mounts |
| Mirror mounts | Newport Corporation | ACG-3K-NL | Gimbal mirror mounts |
| Variable ND filters | Thorlabs Inc. | NDC-25C-2M | |
| Beam splitter mounts | Thorlabs Inc. | KM100S | |
| Lens mounts | Thorlabs Inc. | LMR1/M | |
| Rotational mounts | Thorlabs Inc. | RSP1/M | |
| Retroreflector | Edmund Optics | 63.5MM X 30" EN-AL | |
| spectrometers | ocean photonics | USB-4000 | |
| Power meter | Ophir | 30A-SH | Used for intensity monitor of CPA |
| Power meter | Thorlabs Inc. | S120VC PM100USB |
Used for intensity measurements of pump pulse |
| Photodiodes | Thorlabs Inc. | DET36A/M DET25K/M |
|
| DC power supply | TEXIO | PW18-1.8AQ | Used for magnetic lens |
| Magnetic lens | Nissei ETC Co.,Ltd | Custom-order | |
| Stages | Newport Corporation | M-MVN80V6 LTAHLPPV6 |
Used for magnetic lens |
| Stage controller | Newport Corporation | SMC100 | |
| Stages | Sigmakoki Co.,Ltd | SGSP20-35(X) SGSP20-85(X) |
Used for sample position |
| Stages | Sigmakoki Co.,Ltd | SGSP26-200(X) OSMS26-300(X) |
Used for delay time generator |
| Stage controller | Sigmakoki Co.,Ltd | SHOT-304GS | |
| Picoammeter | Laboratory built | ||
| spin coater | MIKASA Co.,Ltd | 1H-D7 | |
| hot plate | IKA® | C-MAG HP7 | |
| SiN wafer | Silson Ltd | Custom-order | |
| KOH aqueous solution (50%) | Hiroshima Wako Co.,Ltd. | 168-20455 | |
| Chloroform | Hiroshima Wako Co.,Ltd. | 038-18495 | |
| Dichloromethane | Hiroshima Wako Co.,Ltd. | 132-02456 | |
| Personal computers for the controlling programs | Epson Corporate | Endeavor MR7300E-L | 32-bit operation system |
| Program for the control the equipment | National Instruments Corporation | Labview2016 | |
| Program for the data analysis | The MathWorks, Inc. | Matlab2015b |
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