손 3D 가상 현실 인터페이스와 스캐닝 프로브 현미경을 통해 단일 분자의 조작을 제어

Engineering

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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).

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Abstract

미래의 나노 기술의 기능적 빌딩 블록의 유기 분자를 고려하면, 배치 및 상향식 접근법 그러한 빌딩 블록을 조립하는 방법에 대한 의문이 여전히 열려있다. 주사 탐침 현미경 (SPM)은 선택의 수단이 될 수있다; 그러나, SPM 기반의 조작은 최근까지 두 가지 차원 (2D)로 제한되었다. 잘 정의 된 위치에서 분자의 SPM 팁을 결합하여 3D 공간에서 제어 조작의 기회를 엽니 다. 불행하게도, 3D 조작하는 컴퓨터에서보기 및 생성 SPM 데이터의 전형적인 2D 패러다임과 크게 호환되지 않습니다. 직관적이고 효율적 조작에 따라서 우리 커플 모션 캡쳐 시스템 및 완전 몰입 가상 현실 고글 저온 비접촉 원자력 / 주사 터널링 현미경 (LT NC-AFM / STM). 이 설정은 SPM 팁은 실험자의 손의 움직임에 따라 이동되는 "손 제어 조작"(HCM), w 허용팁 궤적뿐만 아니라 3 차원으로 시각화하는 SPM 접합 반응을 하일. HCM 잠재적 표면에 분자 사이에 작용하는 나노 스케일 상호 작용의 더 근본적인 이해 선도 복잡한 조작 프로토콜의 발전 방식을 열었다. 여기에서 우리는 설정과 가상 현실 환경에서 성공적 손으로 제어 분자 조작을 달성하는 데 필요한 단계를 설명합니다.

Introduction

3 - (다음 단순히이라고 SPM에 LT NC-AFM / STM) 저온 비접촉 원자 힘 / 주사 터널링 현미경은 개별 원자 또는 분자 하나의 원자 정확한 조작을위한 선택의 도구입니다. SPM 기반의 조작은 일반적으로 두 치수에 한정 급격한 종종 확률 조작 이벤트 (점프)의 연속으로 구성된다. 이것은 본질적으로 프로세스에 대한 제어를 제한합니다. 9 - 잘 정의 된 원자 위치에 하나의 화학 결합에 의해 문제의 분자를 접촉시켜 이러한 한계 (4)를 극복 할 수있는 방법에 연결됩니다. 그 조작을 통하여 접촉 된 분자는 팁의 적절한 변위에 의해 모든 입체적 분자를 이동시키는 것이 가능해진다되도록 SPM 팁에 연결된다. 이 3D 공간에서 수행되는 여러 가지 복잡한 조작 절차에 대한 가능성을 작성합니다. 그러나 접촉 조작 안녕 수있다팁 분자 접촉을 파열 할 정도로 큰 힘을 만들 수 있습니다 주변에서 표면 및 / 또는 다른 분자와 조작 된 분자의 상호 작용에 의해 ndered. 따라서 SPM 팁의 특정 3D 궤도 또는 성공적인 조작 이벤트가 발생하지 않을 수있다. 질문은 이렇게 환경과 조작 분자의 상호 작용이 연역적 잘 특징없는 동안, 팁 분자 결합이 제한된 강도를 가지고있는 상황에서 조작의 성공적인 완료로 이어질 프로토콜을 정의하는 방법을 발생한다.

다음은이 질문은 가장 직관적 인 방식으로 상상할에 접근합니다. 실험자들은 단순히 손으로 칠 이동하여 SPM 팁의 변위를 제어 할 수있다. 이것은 상업적인 모션 캡쳐 시스템에 SPM의 결합에 의해 달성되며, 일부 사양은 아래로 제공된다. "손으로 제어 조작"(HCM)의 장점은 t에그는 신속하게 다른 조작 궤적을 시도하고 자신의 실패 또는 성공에서 배울 수있는 실험의 능력.

HCM의 설정은 단어 ( "Jülich의")는 AG에 대한 페 릴렌 - 3,4,9,10- 테트라 카르 복실 산 이무수 물 (PTCDA) 분자의 폐쇄 층에 스텐실하고있는 원리 증명 실험 (수행하는 데 사용되었습니다 111) HCM 7 48 분자 하나씩 제거. 표면 절단 단층 (10) 내의 분자 결합의 분자간 수소 결합 분자의 리프팅. 일반적으로, 본 분자간 결합의 전체 강도는 팁의 최 원자 및 분자 (도 1 참조)를 접촉하는 PTCDA의 카르 복실 산소 원자 사이에 단일의 화학적 결합의 강도를 초과한다. 즉, 팁 분자 접촉의 파열 및 조작 시도의 다음과 같은 오류가 발생할 수 있습니다. 실험자의 작업은 determi하는 것이있다네브라스카 총 힘이 팁 분자 접촉에 적용되도록 순차적이 아니라 동시에보다 저항 분자 결합을 파괴 팁 궤적은 결코 강도를 초과하지 않습니다.

원하는 궤적 원리 시뮬레이션 할 수 있으나, 시스템의 크기 및 복잡성으로 인해 필요한 시뮬레이션 시간이 엄청나게 많은 양을 포함 할. 그와 대조적으로, HCM을 사용하여 40 분 후의 제 분자를 제거 할 수 있었다. 실험의 끝 무렵 추출 이미 학습 과정의 유효성을 확인하는 것이 시간이 덜했다. 인접 위치에서 추출 된 분자 단일 층에서 다른 분자의 오류를 제거한 후 남은 빈 공간을 닫 사용한 경우 또한, HCM 방법의 정확도 및 범용성 역방향 조작 행위에 입증 하였다.

모션 캡쳐 방법은 빠르고 직관적이면서이며팁 궤적 데이터의 생성에 한정. 새로운 분자 조작 프로토콜 더욱 체계적인 개발 실시간 팁 궤도 데이터를 볼뿐만 아니라, 이전에 생성 된 데이터를 분석 할 수있는 것도 중요하다. 따라서, HCM 설정의 기능은 실험자의 선단 궤도가 전류 (I)에 의해 보강되는 3D 가상 장면 플롯 데이터 및 주파수 변화를 볼 수 있도록 가상 현실 고글 첨가함으로써 실질적으로 개선된다 (Δf에) 값을 측정하여 실시간 8의 SPM에 의해 (아래 참조). 이 외에, 가상 현실 장면 시각적 스케일 기준으로서 기능하는 조작 된 분자의 모델을 도시한다. 따라서 가상 현실 인터페이스에 의해 칭찬 HCM의 설정은 조작 궤도 공간의 체계적인지도 및 유망 조작 프로토콜의 연속적인 정제에 적합하다. 시스템은 또한 D 사이의 지식 전달을 용이하게 게다가ifferent 실험. 다음 단락은 설치의 설명과 조작 실험에 관련된 사양의 일부를 제공합니다.

실험은 제조 챔버로 구성된 상업용 및 SPM 분석 챔버와 1 × 10-10 mbar에서의베이스 압력에서 초고 진공 (UHV)에서 수행된다. 제조 챔버가 구비되어 샘플 스퍼터링에 사용되는 아르곤 + 소스 매니퓰레이터 통한 샘플 전송은, 저에너지 전자 회절 (LEED), PTCDA 분말을 함유 맞춤 크 누센 셀 (K 셀) (가열 및 시료의 냉각을 허용) 승화 정제. 음차 센서 (12) (장착 12 L의 부피 및 46 시간의 유지 시간, LHE 목욕 저온 유지 장치 (5 L, 72 시간) Besocke 11 딱정벌레 형 SPM과 LN이 목욕 저온 유지 장치를 다음 분석 챔버가 구비되고 STM 조작에 (전기적으로 접속 PTIR 팁과 석영 음차 이루어진 TFS))잘라내어 집속 이온빔 (FIB) (도 2)에 의해 선명 화된다.

그림 1
도 2 음차 센서. PTIR 장착 팁과 상용 음차 센서의 (a) 이미지. (b)는 FIB로 절단 PTIR 팁 정점의 SEM 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

원자 현미경은 TFS는 디더 압전와 공진 (0 ≈ 31,080 Hz의 F)에서 흥분 주파수 변조 (FM) 모드 (13)에 운영하고 있습니다. 진동 음차 압전 신호는 TFS의 일정한 진동의 진폭을 유지하고 I의 변화를 추적하는 위상 동기 루프 (PLL)에 의해 증폭 사용선단에 작용하는 힘의 기울기에 기인 0 F - TS 공진 주파수, Δf에 F =. 3에 나타낸 바와 같이, SPM 팁 위치는 5 K에서 (유, U, Y가 X U z) X- 세트에인가되는 전압에 의해, Y 축, Z-피에조 (압전 상수를 제어한다 : X = 15, Y = 16, Z = 6 / V). 를 U X는Y, U, Z -voltages (20 비트 해상도에서 ± 10 V)는 SPM 전자 출력에서 생성됩니다. 이들은 상기 ± 200 V.의 최대 출력 전압을 가진 고전압 (HV) 증폭기에 의해 증폭된다

그림 1
그림 HCM 설정 3. 회로도. (추적 개체)의 위치가 TO는 모션 캡쳐 시스템 (MCS)의 두 개의 적외선 카메라로 추적 표면에 설치된 다수의 (적외선) IR 소스가 있습니다. TipControl 그래서ftware 한 세트의 전압 (V의 X, V의 Y를 V z) 전압에 가산되는 (U, X 생성 (RVS)를 MCS에서 좌표 (x, y, z)을 위해 획득하고 원격 전압원에 전달 , U Y, U는 Z)를 SPM 팁 위치 제어를위한 SPM 전자에 의해 생성. 추가 된 전압은 고전압 (HV) 증폭기를 통과하여 상기 SPM 팁 피에조 포지셔닝 시스템에 적용된다. 스핀들 모터 피드백 (FB) 루프가 열려있을 때 설치가 끝 위치를 수동으로 제어 할 수 있습니다. 제 (X, Y, Z) 선단의 위치뿐만 아니라, I (x, y, z) 및 Δf에 (X, Y, Z)는 오퍼레이터에 의해 보여지는 3D 가상 장면을 플롯 VRinterface 소프트웨어로 전달되는 것과 헤드 마운트 디스플레이 (HMD)를 입고. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

스핀들 모터 팁 사이에 흐르는 터널링 전류표면이 1 × 109 V / A 1 × 103의 범위 가변 게인 트랜스 임피던스 증폭기에 의해 측정된다 (이득 1 대역폭 × 109 V / A는 1 kHz에서)입니다. 증폭기의 출력은 정전류 주사 모드의 표면 위의 선단 높이를 조절하는 STM 피드백 (FB) 루프에 공급된다. 합니다 (TFS 진동이 꺼져과) 접합부의 안정성은 1 ~ 3시입니다. 하여 TFS의 압전 발진 신호는 두 단계 증폭 다음 LN이 실드에 고정 (1) 프리 앰프 (게인 1 × 108 V / A, 대역폭 20 kHz로), 및 1 가변 이득 (2) 외부 전압 증폭기 10 X 10 X 4 1 5 1 MHz의 대역폭.

디스플레이 (HMD)를 장착 모션 캡쳐 시스템 (MCS), 원격 제어 채널의 전압 소스 (RVS), 합산 증폭기 및 가상 현실 헤드 : HCM 실험의 경우, SPM 설정이 확장됩니다. summi 제외하고 나열된 모든 장치NG 앰프는 상업적으로 획득 하였다.

MSC는 100 Hz의 레이트로 공간적 변위 mm 해상도를 허용하는 적외선 (IR) 마커 추적 시스템이다. 시스템은 두 개의 IR 카메라로 구성 추적 가능한 객체 (TO) 및 제어 소프트웨어. MCS의 소프트웨어는 두 대의 카메라에 의해 얻어진 그 화상을 분석하여 3 차원 공간에서의 TO의 X, Y, Z 좌표를 취득한다. MCS는 별도의 소프트웨어 프로그램 TO의 좌표를 사용할 수 있도록하는 프로그래밍 라이브러리를 제공한다.

TO의 좌표 (x와 y로, TO z)는 맞춤 개발 한 소프트웨어 프로그램 "TipControl"에 전달됩니다. 4는 그래픽 사용자 인터페이스의 스크린 샷을 보여줍니다. 이 소프트웨어는 윈도우의 "시작"버튼이 활성화됩니다. 활성화 후 (τ = 0) 소프트웨어가 모든 V의 X를 설정 - V y를 - V z를 전압 범위 ± 10 V (16)에서 (RVS에 -voltages다음 식에 따라 비트 해상도, 승압 당 50 밀리 초 지연) 식 (1) 등의 C, X, C의 y는, C의 Z는 SPM 팁의 1 Å 변위에 TO의 변위의 5cm 변환 요인이있는 곳. 인자 P는 X (t), y를 P (t) 쪽의 Z (t)는 X 방향의 상태에 의해 정의 된 값이, Y- 소프트웨어 윈도우의 Z-체크 박스. 상자가 다음 해당 페이지 (t)를 확인하면 "일시 중지"버튼을 소프트웨어 창을 누를 때 순간 0으로 설정 1. 모든 페이지 (t)를 설정한다. 즉, 일시적으로 선단부의 위치를 ​​"고정"하기 위해 조작 할 수있다. 소프트웨어 창에서 "모두 다시 설정"버튼을 누르면 V의 X를 설정 - V y를 - V의 Z는 SPM 소프트웨어에 의해 정의 된 초기 위치로 팁을 반환 제로로 -voltages. 소프트웨어 윈도우 캘리포니아에있는 텍스트 필드에 "RVS을 수동으로 명령" , v를 y를 - - n은 V X의 어떤을 설정할 수, V y를 - -, V의 z는 ± 10 V는 V x의 허용 범위의 값으로 -voltages, V z를가 추가됩니다 RVS에 의해 생성 -voltages U 자하는 X - Y U - 가산 증폭기를 통한 전자의 SPM U Z - 출력 전압 신호들 (1, 50 kHz의 대역폭, 출력 범위 ± 10 V 이득).

그림 1
도 인터페이스 윈도우의 4 샷. 두 지표 MCS와 RVS 시스템과의 연결 상태를 나타낸다. 체크 박스가 선택된 공간 축을 따라 손으로 제어를 활성화하는 데 사용됩니다. 버튼 "시작"그림에 표시된 방식에 따라 MCS, TipControl와 RVS 사이의 데이터 흐름을 시작합니다 3. 버튼 "일시 중지"데이터 흐름을 정지합니다. 버튼 "모든 재설정"는 영 (0)에 전압 모든 RVS을 설정합니다.= "https://www.jove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig4large.jpg"대상 = "_ 빈">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

실험 데이터의 시각화 (팁 궤도, I, Δf에) 헤드 마운트 디스플레이 (HMD)가 사용된다. HMD는 입체 뷰 (- 각각의 눈에 대한 절반, 75 Hz에서 1,920 X 1,080 픽셀 분할 HD 디스플레이)를 제공합니다. 전용 IR 카메라 HMD의 표면에 고정 IR-LED를 이용하여 3 차원 공간에서 HMD의 위치 및 방향을 추적한다. HMD 추적 시스템은 운전자가 자신의 머리를 켜거나 단순히 본체를 이동하여 3 차원 가상 현실 장면 내부 뷰를 변경할 수있다.

맞춤 작성된 소프트웨어 "VRinterface"는 SPM과 MCS에서 모두 데이터를 수집의 OpenGL을 사용하여 3D 장면을 렌더링하고 HMDS 소프트웨어 개발 키트 (SDK)의 도움 HMD에 표시. VRinterface는 문의 선단의 실제 X, Y, Z 좌표를 검색I와 Δf에 신호가 SPM 전자 (대기 시간 ≈ 250 밀리 초)의 출력에서 직접 읽을 동안 팁 소프트웨어 (몇 밀리 초 지연). 그림 5는 HCM시 HMD 입고 운영자가 볼 때 3D 가상 장면의 스크린 샷을 보여줍니다. 3 차원 가상 장면 내부 팁 정점 흰색 영역으로 렌더링됩니다. 기록 된 팁 궤적의 착색하거나 로그 (I (X, Y, z)) 또는 Δf와 (x, y, z)의 값을 반영한다. 로그 사이 (I (X, Y, z)) 또는 Δf와 (x, y, z)의 색상 모드를 전환하는 버튼을 누르면 의해 수행된다. 또 다른 버튼을 눌러 기록 (및 표시) 실험 팁 궤적 데이터의 시작합니다. 다시 누를 때 버튼을 누르면 녹음을 중지합니다. 가상 장면은 조작하는 동안 시각 보조로 사용되는 정적 PTCDA 분자를 나타낸다. 운영자는 키보드의 버튼을 사용하여 표면에 실제 분자의 배향에 맞게 수동으로 방향을 정렬.

주의 : 때문에 헤드 tHMD의 랙은 또한 다음의 위치를 ​​추적하는 IR 광을 사용하기 때문에 그것이 MCS 방해 할 수 있고, IR-LED가에 의존한다. 따라서 TO는 MCS에서 인식 할 수있는 독특한 모양을 가지고있다. 이 MCS는 TO과 HMD의 IR-LED가에서 오는 사람들로부터 오는 신호를 구별하는 데 도움이됩니다.

그림 1
3 차원 가상 장면의 그림 5. S의 creenshot는 HCM시 HMD의 운영자에게 표시됩니다. 흰색 분야의 세트는 모델의 Ag (111) 표면을 형성한다. 모델 표면의 방향이 반드시 샘플의 방향과 일치하지 않을 수 있습니다. PTCDA 분자의 모델은 모델 표면 위에 배치됩니다. C는 O, PTCDA의 H 원자는 각각 검은 색, 빨간색과 흰색으로 표시됩니다. 모델 분자의 편의와 방위각 방향의 목적을 위해 선택된 실제 분자의 배향에 맞게 조정될 수있다조작. 끝 위치는 최 팁 선단 원자를 나타내는 단일 흰색 영역으로 표시된다. 실시간 I (x, y, z) 및 Δf에은 (X, Y, Z)의 데이터는 선단 옆에 배치 막대 표시로 표시된다. 현재 실행 조작이 그 색 나타내는 3 차원 궤적으로서 표시되는 바와 아니라 기록하거나 로그 (I (X, Y, z)) 또는 궤적의 대응하는 위치에서 측정 Δf에 (X, Y, Z) 값. 그림은 로그 (I (X, Y, Z)) 신호로 착색되는 궤적을 보여줍니다. 색상 대비가 로그 (I (X, Y, Z))와 Δf에 (X, Y, Z) 버튼을 눌러로 모드를 전환 할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Protocol

주의 : PTCDA이 피부 나 눈에 자극이 될 수 있으므로 적절한 장갑을 사용하여주의하여 취급해야합니다. 적절한 안전 브로셔를 참조하십시오. 극저온 액체는 열 화상과 유사한 피부에 효과를 생성 할 수 있습니다 또는 장기간 노출에 동상을 일으킬 수 있습니다. 극저온 액체를 취급 할 때는 항상 안전 안경과 적절한 극저온 장갑을 착용하십시오. 극저온 액체에 의해 형성되는 가스는 매우 추운 보통 공기보다 무거운 바닥 변위 공기 근처에 쌓일 수 있습니다. 발생할 수있는만큼 공기 또는 산소, 질식과 죽음이없는 경우. 적절한 안전 브로셔를 참조하십시오.

1. 샘플 준비

  1. AG에 대한 PTCDA의 증착 (111)
    참고 : PTCDA의 단층 (ML)에 따르면 10-30 %와 큰 소형 섬에 집중 (그림 6) 사이 여야합니다. 이러한 상황은 팁 preparati 충분히 깨끗한 금속면을 갖는 조작하면서 실험을 수행하기 위해 적합에.
    1. 스퍼터 및 어닐링 사이클 (14)의 표준 절차에 증착하기 전에 AG (111) 결정을 청소합니다.
      1. 15 분에 Ar + 이온으로 스퍼터 결정. 1 × 10-5 mbar에서 0.8 keV의 이온의 에너지가 실온에서 결정 (RT)에서 아르곤 압력을 사용한다.
      2. 15 ~ 30 분 동안 530 ℃에서 샘플을 어닐링.
    2. RT (14)의 AG에 대한 (111) 샘플을 PTCDA의 0.1 ~ 0.3 ML을 입금하기 위해 PTCDA K-셀을 사용합니다.
      참고 : 증착 조건 설정에 설정이 다를 수 있기 때문에 어떤 증착 변수가 제공되지 않습니다.
    3. 2 분은 PTCDA 섬의 주문을 개선하고 가능한 오염을 탈착하는 증착 한 후, 200 ° C에 샘플을 깜박입니다.
    4. 선택적으로, (111)면 (15)의 Ag에 PTCDA의 회절 패턴을 확인하여 LEED와 증착 검사.
    5. 스핀들 모터에 샘플을 전송 설정 - 특정 절차를 사용하십시오. 일반적 manipulato를 사용선형 전송 수동식 동요 스틱 UHV 내부 가능성이있는 r에.
  2. 스핀들 모터의 샘플 준비를 확인합니다.
    1. 스핀들 모터의 온도가 (5 K 여기)의 기준 온도에 근접 할 때까지 샘플 전송 후 기다립니다. 설명 된 설정에서 시간은 샘플 약 1 시간이 전송 중에 LN 2 온도로 냉각이다.
    2. 터널링 전류가 나타날 때까지 (정전류 모드) 표면에 팁을 접근 설정 - 특정 절차를 사용하십시오.
    3. 달리 명시되지 않은 경우 u는 0 = Z이 용지에 걸쳐 표준 설정 될 것 같은 것을 HV 증폭기의 오프셋 전압을 선택합니다.
    4. 정전류 STM 이미지를 결정 (설정 점 : I를 0.1 nA의 바이어스 전압 V의 B = 샘플 전류 증폭기 이득 1 × 109 V / A인가 -0.35 V) 샘플 제조 검사 표면. 지정된 파라미터는 최저 unoccupie의 영상을 용이PTCDA의 D 분자 궤도 (LUMO). 이것은 (도 6의 인셋) 조작을 위해 선택된 분자의 카르 복실 산소 원자의 위치를 식별하는 것을 돕는다.
    5. STM 이미지는 그림 6과 유사 때까지 끝을 준비합니다. 안정화 지점에서 (현재 촬영 세트 포인트에 해당하는 또는 7 ~ 10 Å으로 끝을 이동 팁 표면 분리 거리에서 5 ~ 6 V의 예를 사용 펄스를 들어 ) V의 B = 시료에 0.1 V를인가하면서 깨끗한 AG (111) 표면을 향해. 더블 팁의 경우 깊은 팁을 충돌. PTCDA 섬에 가까운 펄스를 사용하지 마십시오!

2. 설치 TFS와 AFM 운영

  1. Δf에 검출 허용 잡음 조건으로 검출 속도 (와 가능하도록 FM-AFM을위한 특정 시스템 PLL 파라미터 설정 예를 들면, 약 0.2 내지 0.4 Å의 TFS 발진 진폭 7 Hz의 대역폭 내에 Δf에에서 0.1-0.5 Hz의 잡음 ).
  2. 0을 결정합니다.
    1. 스핀들 모터 제어부 (예 브이 Z = 여기에 설명 된 설정의 경우에는 약 180 Å으로 표면으로부터 선단을 후퇴 -10 V를 설정함으로써) 달성 할 수있는 최대 거리를 표면으로부터 선단 후퇴.
    2. 스핀들 모터 소프트웨어를 사용하여 공진 곡선 (일정한 TFS 여기 진폭 구동 주파수 대 TFS 발진 진폭)을 기록한다.
    3. 주파수 축에서의 공진 곡선의 최대의 위치로의 공진 주파수 f 0를 읽는다. 질문 팩터는 공진 피크의 폭에서 소프트웨어에 의해 계산된다. 설명 된 설정의 Q-요인은 50,000-70,000 (그림 7) 사이에 다릅니다.
  3. 깨끗한 AG (111) 표면 영역에 걸쳐 팁을 놓고 참조 다음 TFS 진동의 진폭을 조정. 16.

3. 통합 오스핀들 모터 설정에서 F MCS

  1. 조립 및 제조 업체에서 얻어진 설명서에 따라 MCS를 교정. 교정은 MCS 좌표계의 원점 설정을 포함한다.
  2. 받는 사람의 시스템 수동 스위치를 다음과 MCS 소프트웨어의 추적 대상으로 추가합니다.
  3. 추적이 검출 볼륨에서 TO를 이동하고 MCS 소프트웨어에 의해 표시의 위치에 따라 올바르게 작동하는지 확인합니다.
  4. RVS 창에서 RVS에 테스트 커맨드를 송신함으로써 소프트웨어 간 연결 테스트 (도 4 참조).
  5. MCS, RVS와 TipControl 사이의 연결을 테스트합니다.
    1. 경우 V의 X를 확인 - V의 y로 - RVS의 V z는 -voltages 0 V로 설정하고 필요한 경우이를 다시 설정됩니다.
      1. 표면 (2.2.1)에서 팁을 철회.
      2. 를 눌러 V의 X를 다시 소프트웨어 창에서 버튼 "모두 다시 설정"- V를 y로 - V의 Z는 RVS의 출력에서 -voltages.
      3. 에이뒷면 FB 루프와 표면에 팁 폐쇄 (1.2.2) pproach.
    2. 스핀들 모터 소프트웨어의 설정 - 특정 기능을 사용하여 깨끗한 AG (111) 표면에 팁을 배치합니다.
    3. 소프트웨어 창에서 Y 축, Z-체크 박스를 x 축 선택합니다. 이것은 세 개의 축을 따라 공간 선단 위치의 수동 제어 모드를 활성화한다.
    4. 를 눌러 소프트웨어 창에서 "시작".
    5. 확실히 그 V의 X를 확인 - V의 y로 - V z를이 RVS에 의해 생성 -voltages 축 각각에 따라 TO의 움직임에 정확히 반응한다. (표면에 수직), Z 축 방향으로 이동시키면서, RVS로부터인가가 Z - 전압 V 자 보상하도록 시도 FB 루프의 반응을 모니터링한다.
    6. 소프트웨어 창을 누르고 "일시 중지".
    7. 를 눌러 소프트웨어 창에서 "모두 재설정".

스핀들 모터 설정에서 HMD 4. 통합

  1. 있는지 확인 HMD는 연결에 필요한 모든 DRI된다적이있는 제조업체의 설명서에 따라 설치됩니다.
  2. VRinterface를 시작하고 올바르게 모델 표면에 흡착 된 분자와 팁 (그림 5 참조) 렌더링해야합니다.
  3. 을 MCS의 좌표축과 HMD에서 본 3D 가상 현실 장면의 좌표계의 방향을 맞추.
  4. HMD를 착용 할 것. 필요한 경우 VR 현장이나 실험실 환경, 키보드와 컴퓨터 모니터를 볼 수 중 다음 단계를 수행하는 동안, 당신의 머리에 HMD의 위치를 ​​변경.
  5. 스핀들 모터 소프트웨어 내부 터널링 전류 설정 값을 변경하여, 예 SPM 전자로부터 I 및 Δf에 신호의 실시간 데이터 전송을 테스트한다.
    1. 소프트웨어 윈도우의 X, Y, Z-체크 박스를 선택합니다.
    2. 받는 사람을 선택하고 소프트웨어 윈도우의 "시작"버튼을 누릅니다.
    3. 받는 사람을 이동하고 끝을 나타내는 영역이 가상 3D 장면 안에 제대로 움직이는 지 확인.
    4. 소프트웨어 윈도우의 "중지"버튼을 누를 때까지 안정 위해 잡는 손 유지.
    5. 받는 사람을 멀리했습니다.
    6. 를 눌러 소프트웨어 창의 버튼 "모두 재설정".

5. 단일 PTCDA 분자의 조작을 위해 SPM을 준비

  1. I = 0.1 nA의 바이어스 전압 (V)의 B = -0.35 V 샘플에 적용, 전류 증폭기 게인 : 세트 포인트 (분자 배향을 결정하는 일을 허용하여 PTCDA에 대한 LUMO 대비를 촉진하는 매개 변수와 정전류 모드에서 STM을 설정하고 1 × 109 V / A).
  2. 반드시 끝이 조작을 위해 잘 준비합니다.
    1. 이미지 PTCDA. 스핀들 모터 소프트웨어에서 (스캔에 대한 영역을 매개 변수를 입력하는 스캔 할 (2), 피드백 루프 세트 포인트 300 X 300 같은 : I = 0.1 nA의와 V B = -0.35 V, 스캔 속도 = 150 나노 미터 / 초 )와 SPM 소프트웨어의 "시작"버튼을 누릅니다. 이미지 해상도6 그림과 유사해야합니다.
    2. 팁이 표면 (> 100 Å)에서 큰 거리 터널링 접촉에서 이동할 때 발생하는 Δf에 5-7 Hz에서보다 훨씬 더하지 있는지 확인합니다.
    3. 경우 위의 조건 중 하나는 반복에게 깨끗한의 Ag를 통해 팁 준비 (111) 표면 (1.2.5)을 충족하지 않습니다.
  3. 조작 적합한 표면적을 찾는다.
    1. PTCDA 섬 깨끗한 AG (111) 표면의 일부 영역을 포함 그림 6과 유사한 영역을 찾기 위해 SPM 소프트웨어를 사용합니다. 필요한 경우, 다른 조작 시도의 끝 모양을 변경하기 위해 깨끗한 영역을 사용합니다.
    2. 자세한 STM 이미지를 조작 할 PTCDA 섬 내부의 분자를 선택하고 기록 (예를 들어, 50 × 50 Å 2) 그림 6과 같이 선택합니다. - 드롭 다운 메뉴에서 "SetXYOffset 최고"상세한 이미지로의 영역을 선택 큰 개요를 클릭영상.
      주 : (약 3 분자 멀리 가장자리에서) 섬 내부의 모든 분자가 조작을위한 동일한 것으로 간주 할 수 있기 때문에 특별한 기준은 없다. 에 표시 또는 분자 옆에는 "흙"이 없어야합니다. 이러한 먼지는 이미지의 불규칙한 대비를 생성합니다.
  4. PTCDA 분자에 결합하는 팁의 능력을 테스트합니다.
    1. 스핀들 모터 소프트웨어의 설치 특정 함수를 이용하여 (도 6에 표시) PTCDA 두 복실 산소 원자의 하나 이상의 끝을 위치. "SetXYOffset - 최고"를 선택하고 각각의 이미지를 클릭합니다.
    2. 팁은 SPM 소프트웨어의 설치 특정 기능을 사용하여 기록 3-5 Å 및 I (z)에 의해 표면을 향해 수직으로 이동되는 스펙트럼을 기록한다.
      1. 접근하고 표면으로부터 선단을 후퇴 일정한 바이어스 전압 V의 (B) (예를 들어, 6 MV)를 설정 및 팁 높이의 경사를 정의 (예를 들어, 4 Å; ) 가까이 다시. 그런 다음 SPM 소프트웨어에서 ". VERT manip"버튼을 클릭하고 수직 조작이 실행되어야 가장 최근에 기록 된 STM 이미지에서 위치를 선택합니다.
    3. 기록 된 I (Z)은 전류 I (z)의 증가 팁과 예리한 (기록 스펙트럼 이후 Z 해상도)의 형태로 분자 사이의 접촉의 형성을 나타내는 지 확인. 일반적으로 접촉이 수직 팁 후퇴를 통해 리프팅 0.5 ~ Å 충분히 강하다 (그림 8 참조).
      1. 는 I (Z) 곡선이 날카로운 접촉 형성이 표시되지 않는 경우 다음 중 하나를 수행하십시오 :
        1. 약간 팁의 측면 위치를 변경하고 접근 절차를 반복합니다.
        2. 부드러운 팁 형성 (1.2.5)를 수행하고 그림 8 등록에 그림과 같은 접촉 행위까지 다시 분자를 접촉 해보십시오.
  5. piez 때까지 기다립니다오 크립 (약 2-4 시간)을 사라.
    주 : 드리프트의 양은 HCM 동안 접점의 안정성을 결정하고, 이에 의해 얼마나 영역 재검사하지 않고 동일한 분자와 연속 조작을 실행할 수있는 하나.
    1. 시간 간격으로 기록되는 선택된 동작 영역의 두 상세한 STM 이미지, 5 분을 비교하여 x 축, Y-방향을 따라 크리프 시험. 드리프트는 두 개의 연속적인 이미지 사이 0.5 Å 때까지 기다립니다.
    2. 1 분 동안 FB 루프에 의해인가 된 U Z (t)를 기록 및 드리프트 레이트를 계산하여 Z 방향의 크리프 시험. 뒤의 Z (t)는 / DT는 약 0.2 Å / 시간이어야한다.

손 제어 조작 6. 준비 (HCM)

  1. 모든 관련 프로그램이 실행되고 있는지 확인하고 연결된 장치 사이의 데이터 전송이 작동하는지 정확하게 : MCS, TipControl, RVS, VRinterface, HMD와 SPM 전자.
  2. 취향 있는지 확인HMD의 좌표계의 n은 MCS의 좌표축과 정렬된다.
  3. 실험 조작 할 실제 분자의 배향 VRinterface에서 시각 보조로 나타낸 분자의 이미지를 정렬.
    1. 좌표계 함께 HMD를 맞추고 그러한 관점이 기준 분자 이상임을 방향. 이 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전 시키도록 키보드 적절한 버튼을 눌러 SPM 소프트웨어 이미징 분자 VRinterface에서 기준 분자 정렬.
  4. 경우 V의 X를 확인 - V의 y로 - RVS의 V z는 -voltages 0 V로 설정하고 (3.5.1) 필요한 경우이를 다시 설정됩니다.
  5. 정전류 모드에서 STM과 조작에 대해 선택한 PTCDA 분자를 다시 스캔.
  6. 스핀들 모터 소프트웨어의 적절한 함수를 사용하여 조작을 위해 선택된 복실 산소 원자 위에 팁을 위치. 5.4에서 결정되었을 때 올바른 접점을 사용합니다.
  7. <리> 활성화 PLL 및 진폭 제어 모드를 설정합니다. (0.2-0.4 Å, 등)이 가능하지만, Δf에 검출 허용 잡음 조건으로 검출 속도 (2.1 참조) 가능하도록 충분히 높은 낮은 진동 진폭을 설정한다.
  8. FB 루프를 엽니 다. 스핀들 모터 소프트웨어 파라미터 창에서 적분 값에 0을 입력한다.
  9. 스핀들 모터 소프트웨어 파라미터 창 몇 MV로 설정 접합 바이어스. 표면에 7 MV를 적용 0.007를 입력합니다.
  10. 1 전류 증폭기 이득 설정 × 10 7 SPM 소프트웨어 파라미터 창에서 V / A.

PTCDA의 제어 된 조작을위한 7. HCM

  1. HMD를 착용하고 제품에 걸릴. 필요한 경우 VR 현장이나 실험실 환경, 키보드와 컴퓨터 모니터를 볼 수 중 다음 단계를 수행하는 동안, 사용자의 머리에 HMD의 위치를 ​​변경.
  2. 로그온 촬영 궤적의 색상 대비를 세트 (I (X, Y, Z)) 해당 B를 눌러 VRinterface에서utton.
  3. 3 차원 가상 장면에서 접점을 표시합니다. 이 "앵커"는 RVS를 재설정 할 필요없이 HCM을 사용하여 추가 조작 시도를 쉽게 연락처를 찾는 데 도움이됩니다.
    1. x 축 유지하면서 Y-확인란을 선택하지 않은, 단지 팁 소프트웨어에서 해당 확인란을 선택하여 Z 축을 따라 손으로 제어를 활성화합니다.
    2. 이동 아래로 가상 장면의 I (0,0, z)와 Δf에 (0, 0, z)의 실시간 신호를 보면서. 는 I (0, 0, Z)와 Δf에 (0, 0, Z) 신호가 동시에 날카로운 점프를 표시 할 때 다음의 제품에 이동 중지, 접촉 형성의 서명 (그림 8 참조).
    3. 해당 버튼을 눌러 VRinterface의 궤적 녹음을 시작하고 최대 이동 시작합니다.
    4. 해당 버튼을 눌러 분자 및 팁 파열 사이의 접촉 즉시 VRinterface에 궤도 녹음을 중지합니다. 서명은 I (x, y, z) 및 Δf에 (X, Y, Z) 신호들의 동시 급감한다.
    5. 를 눌러 & #(34) 팁 소프트웨어의 일시 정지 "버튼을 손으로 컨트롤을 비활성화합니다.
  4. 소프트웨어에서 X 축, Y 축, Z-체크 박스를 선택하여 모든 공간 축을 따라 팁 운동의 손으로 컨트롤을 활성화하고 팁 소프트웨어의 "시작"버튼을 누릅니다.
  5. 경우에 콘택트 형성의 점 (드리프트로 인해 또는 팁 에이펙스의 변화) 조작 후에 가상 장면에서 "고정 된"하나 일탈 선단 위치 및 필요하다면 팁 조건을 수정한다.
    1. 가상 장면의 백색 영역의 이동을 보면서받는 이동하여 핸드 컨트롤을 다시 시작하기 전에 초기 위치로 선단을 이동.
    2. 팁 소프트웨어를 눌러 "일시 중지"버튼을 손으로 컨트롤을 비활성화합니다.
    3. 를 눌러 V의 X를 다시 팁 소프트웨어 버튼 "모두 다시 설정"- V를 y로 - RVS의 V z는 -voltages을 0V로
    4. LUMO의 C를 촉진하는 매개 변수와 함께 다시 정전류 모드에서 STM을 설정ontrast PTCDA에 대한 (1.2.4 참조).
    5. 조작을 위해 선택된 분자를 재검색 및 SPM 소프트웨어의 설치 고유 함수를 사용하여 (5.4 결정됨) 선택된 복실 산소 원자를 통해 올바른 위치에 선단부를 배치. 필요한 경우 잔류 피에조 크리프 감소 (<300 Å 거리) 근처의 위치에서 팁을 준비한다.
    6. 단계 7.1에서 프로토콜을 다시 시작합니다.
  6. 접촉 된 분자가 완전히 궤적의 마지막 표면으로부터 분리 성공적인 승강 궤도를 찾으려고.
    1. 은 "앵커"가상 장면에서 현재 선단 위치를 나타내는 영역의 이동을 따르면서받는 이동하여 팁 분자 콘택의 형성을 나타내 점 접근. 즉시 접촉이 시작 VRinterface에 새로운 궤도를 기록 형성되어있다.
    2. 따라 이동하여 리프팅에 적합한 방향 (그림 10)에서 분자를 잡아 당깁니다. 만약팁 분자 접촉의 파열이 검출, 궤도 녹음을 중지. 접점로 돌아 가기, 연락처 형성에 궤도 녹음을 시작하고 다른 조작을 실행합니다.
    3. Δf에로 전환 (X, Y, Z) (전류 증폭기의 이득 약 7 Å 107 V / A에서) 표면으로부터 더 큰 거리에서 VRinterface에서 해당 버튼을 눌러 기록 된 궤적의 색상 대비, I (X 때문에, Y는 z) 신호는 빠르게 멀리 표면으로부터 소멸. 여기서 Δf에 (X, Y, Z)는 분자의 존재의 유일한 표시된다 (도 1 참조). 분자 팁 접촉이 손실되면, Δf에은 (여기서 x는, y를, z)는 제로 (닫기) 점프도 1-3 Å의 표면에 접근에 더 이상 변경되지 않습니다.
    4. 팁 분자 접촉 Z> 10 Å에서 여전히 안정 경우에는 표면에서 떨어져 분자를 잡아 당겨 0으로 원활한 전환을 보여줍니다 Δf에 (X, Y, Z)의 서명을 조심. 이 successf의 서명입니다분자의 UL 리프팅 (도 1 참조).
    5. 분자가 완전히 표면에서 분리 및 팁에 걸려있는 경우 테스트합니다.
      1. Δf에 (X, Y, Z)를 추가로 팁 후퇴에 제로 유지 여부를 확인하도록하기 위해 이동합니다.
      2. Δf에 (X, Y, Z)이 성공적으로 리프팅에 대한 서명이 발견 된 높이 이상으로 1-3 A의 표면에 접근에 증가하는 경우는 아래로 확인로 이동합니다.
  7. 깨끗한 AG (111) 표면적에 올려 분자 증착.
    1. 성공적으로 리프팅 후, 팁을 표면에서 추가로 10 ~ 20 Å을 철회하도록하기 위해 이동합니다. 이것은 표면과 리프팅 분자의 상호 작용을 감소시킨다.
    2. 팁 소프트웨어를 눌러 "일시 중지"버튼을 눌러 현재의 팁 위치를 고정하고 손으로 컨트롤을 비활성화 할 수 있습니다.
    3. FB의 루프를 돌리지 않고, 청소의 Ag를 통해 팁 (111) 일부 dista 표면을 위치시키기 위해 SPM 소프트웨어의 설치 특정 기능을 사용하여후부 (예를 들어, 50 ~ 100 Å) 떨어진 분자가 추출 된 섬. "SetXYOffset - 최고"를 선택하고 각각의 이미지를 클릭합니다.
    4. 1 × 109 V / A로 설정 전류 증폭기 이득.
    5. 팁 소프트웨어 및 언론 만 Z-확인란을 선택 팁 소프트웨어 버튼을 "시작".
    6. 나는 (Z)가 나타납니다 측정 할 때까지 표면에 접근하기 위해 이동합니다.
    7. 팁 소프트웨어를 눌러 "일시 중지"버튼을 손으로 컨트롤을 비활성화합니다.
    8. 단계적으로 증가 V의 B 분자가 떨어 있음을 나타냅니다 I와 Δf에의 동시 점프가있을 때까지 SPM 소프트웨어에서 마우스 제어 슬라이더를 사용하여 (높은 V B 형 분자의 최대. V의 B ≈ 0.5 V가 손상 될 수 있습니다) 표면. 분자 재 증착 될 수없는 경우, 팁 전압 펄스에 의해 상기 실험 (1.2.5)에 대한 청소한다.
    9. 정전류 모드 (1.2.4) 및 검사의 영역을 스캔분자는 실제로 다시 표면 상에 증착되었는지.

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Representative Results

참고 :이 부분은 7,8 년에 출판 작업을 보여줍니다.

층에서 PTCDA / AG (111)를 해제하는 문제에 HCM을 적용, 우리는 순차적으로 개별 분자를 (그림 9)를 제거하여 패턴을 쓸 수 있었다. 총 48 개의 분자의 분자 (40)가 조작 과정을 그대로 유지하는 것이 도시 클린 AG (111)에 재 증착 될 수있는, 제거 하였다. 이것은 실수로 만든 공석 (그림 9 세트)를 7 다른 위치에서 분자를 복용하고 작성하여 "쓰기 오류"를 해결하기 위해 HCM을 사용하실 수 있습니다.

층에서 분자를 제거 할 수 성공적인 궤도는 그림 10에 표시됩니다. 상대적으로 좁은 고체 각도에서 그들은 무리 방향있는 분자는 "박리"모션 층 내에서 분리 될 수 있음을 시사한다. 이 박리 분자간 H-채권의 점진적인 클 리빙을 용이하게하고 위험 임계 값 (7) 아래의 팁 분자 결합에 작용하는 총 힘을 유지합니다.

가상 현실의 피드백은 같은 이전에 기록 된 궤적을 따라 할 때마다 여러 재현 조작을 실행할 수 있습니다. 재현성은 I 강한 유사성 (X, Y, Z)과 Δf와 (x, y, z)를도 11의 데이터에 의해 표시된다. 궤도의 형상이 선단 에이펙스의 정확한 형상에 또한 의존하기 때문에, 우리는 하나의 동일한 분자가 동일한 팁 에이펙스 구조를 유지 유사한 궤적을 따라 조작하는 실험을 수행한다. 불변 선단 형상 리프팅 시도 사이의 접촉 지점의 재현성에 의해 검증된다. 분자가 완전히 층에서 철수하지 않고,마다 기록은 (접합 자체가 파괴되지 않은만큼) 전체를 제거하는 동안 높은 힘의 결과로서 정점의 변형을 유발하는 확률을 낮출 정지 후 11도. 그 베이컨시로 복귀 차원을 도시 분자 반복이 궤도 (8)을 따라 당겨졌다 이러한 실험의 궤적.

그림 1
그림 조작 과정 1. 그림. (가) 조작에 연락하여 섬에서 하나의 PTCDA 분자의 추출은 (사 팁 정점 원자 표시됩니다). (b)의 예 I (Z)와 Δf에 (Z) HCM에 의해 분자의 추출 동안 기록 곡선. 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.

그림 1
6. AG에 대한 컴팩트 PTCDA 섬 (111)의 STM 이미지. 이미지 크기는이 600 × 600이며, 상기 터널링 조건 I = 0.1로서 NA V B이다 = -0.35 V. 필름에서 본 무효 인 세 분자의 추출의 결과. 추출 된 분자는 표면 (이미지의 왼쪽 하단)에 다시 재 증착되었다. 삽입 된이 가장 낮은 빈 분자 궤도 (LUMO)에서 유래 PTCDA의 전형적인 대조를 보여 50 X 30 Å 2 STM 이미지를 보여줍니다. 분자를 접촉에 사용되는 PTCDA의 반응성 카르 복실 산소 원자는 두 개의 빨간 십자가로 표시됩니다. 분자 배향은 참조에 따라 유도 될 수있다. 17.ove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig6large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 1
그림 7. 주파수 응답 스펙트럼. 표시됨이 튜닝 포크 센서 (TFS) Q 인자 값을 해당 UHV에서 5 K.에서 측정의 주파수 응답입니다 약 70,000. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 1
그림 8. 내가 (Z) 곡선 팁 분자 접촉의 시험 중에 기록했다. 상대가 설립 팁을 접근하여 중 하나를 향해PTCDA의 카르 복실 산소 원자. 안정화 포인트 I = 0.1 nA의 = -0.35 마주 약 4 Å V B의 접근 거리 ΔZ. 모두, 접근 (검정) 및 후퇴 (빨간색) 곡선 = 바이어스 V B를 기록 하였다 -5 MV. 접근 곡선 Z = 0에서 관찰 샤프 점프 인해 PTCDA의 선단에 끼워와 팁 분자 콘택을 형성하는 산소 원자에 발생한다. 접촉을 형성 한 후, 선단이 수직으로 초기 위치로 후퇴한다. 끝이 분자의 접촉은 Z = 0.3 Å에서 파열 수축되면서. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 1
그림 9. HCM에 의해 분자 층의 나노 구조에 대한 예. STM 이미지 (STABIL화 점 : I = 0.1 A, V의 B = -0.35 V)는 3D 가상 현실 시각적 피드백을 사용하지 않고 HCM에 의한 개별 PTCDA 분자의 연속 제거하여 만든 47 공석을 보여줍니다. 인 세트는 섬 가장자리에서 제거 분자에 의해 공석을 채우는는 "쓰기 오류"를 해결하기 위해 만든 조작의 순서를 보여줍니다. (참조에서 적응. 7) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 1
그림 10. 도 9에 도시 된 패턴을 작성하는 동안 모든 단층로부터 PTCDA의 성공적인 제거되었다 (34)의 조작 궤적을 나타내는 사시도. 궤도의 모든 기록 하였다. 토륨전자 삽입은 접촉 지점 주위에 7 Å 반경 영역의 투영을 보여주고 성공 (적색)과 실패 (검은 색) 궤적이 그 영역을 관통 위치를 나타냅니다. 모든 성공적인 궤도가 (참조. 7에서 적응) 비교적 좁은 고체 각도 Ω에 집중한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 1
그림 11. 조작 궤도 정제 및 PTCDA / AG (111) 섬 내의 분자에 3D 가상 현실 시각적 피드백과 HCM을 사용하여 촬영 한 3D 팁 궤도의 재현성. 투사. (가)의 삽입은 (성공) 꼬 궤도 쉬 찾아 실험자에 의해 수행되는 세 가지 조작 시도를 보여줍니다고유의 (a)(b). 회색 곡선은도 10에 도시 된 궤적 평균에서 얻은 궤적이다. 최고 및 평균 궤도 (아무 성공)과 새로 발견 꼬임 궤도를 따라 일곱 시도 (모든 성공) 다음과 같은 일곱 조작 시도의 측면보기. 컬러 코딩 쇼 (a) 로그 (I (X, Y, Z)) 및 (b) Δf에 (X, Y, Z). (참조에서 적응. 8) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

다른 SPM 기반의 방법과 마찬가지로,이 문서에 설명 된 분자 조작 실험은 또한 SPM 팁의 특성에 어느 정도 의존한다. (완전히 제어 할 수없는) 팁 선단 구조 팁 분자 결합의 강도를 결정한다. 따라서 팁 분자 접촉의 강도가 상당히 다를 수 있으므로 때때로 너무 낮을 수있다. 따라서 프로토콜 내에서 우리는 팁의 품질과 팁 처리 절차의 몇 가지 기본적인 테스트를 참조하십시오. 그러나,보다 심각한 팁 처리 조작 양호한 결과를 달성하기 위해 일부 경우에 요구 될 수있다.

NC-AFM / STM으로 조작 접촉의 또 다른 중요한 측면은 조작 동안 qPlus 센서의 진동이다. 튜닝 포크 2A 0 개의 수직으로 상하 선단 이동 이후 증가 진폭 제어 된 조작이 어려워진다. 큰 진폭의 한계의 끝은언제나 결정적인 조작에 영향을 미치는 수직 궤도를 따라 표면으로부터 후퇴. 사용 된 NC-AFM / STM의 잡음 특성이 잘 1 Å 아래의 진폭 작업을 허가하지 않는 경우 따라서, 하나의 흥미로운 튜닝 포크 않고, STM 모드, 즉에서 조작을 시도하는 것이 좋습니다. 접합 강도에 관한 정보,이 경우 얻어지지 될 수 있지만, 단독으로 도전성이 조작을 모니터하기에 충분할 수있다.

팁 궤도 데이터의 시각화 HMD의 사용의 장점뿐만 아니라, 한계가있다. 명확한 장점은 정확성과 직관의 이득 (실시간!) 하나는 진정한 3D 가상 장면 환경에서 작동합니다. 그 점에서는 표준 디스플레이 궤적 데이터 "오프라인"검사보다 훨씬 더 효과적인 것으로 가상 현실 방식을 찾기. HMD 입고 한편되도록 실험실 장비의 동작을 복잡중요한 측정 데이터는 온라인 조회 할 VR (도 6 참조)에 투사한다. 이 제한은 미래의 3D 가상 현실 장면 직접 실험실 환경의 실제 화상 위에 중첩되어있는 증강 현실 가상 인터페이스가 극복 될 수있다.

가상 현실 환경과 MCS는 주변 조건 (18)에서 그 설정은 마이크로 및 서브 마이크로 미터 규모의 조작에 대해 지정된 원자 현미경을 제어하는 몇 가지 다른 방법이 존재하지만. 원자 정밀도로 개별 분자의 조작에 대한 MCS, HMD, 그리고 LT-SPM의 우리의 조합은 고유합니다. 손으로 제어 조작 분자 조작의 문제에 고유 한 직관적 인 액세스 할 수 있습니다. 제어 수준이 제공으로, 하나는 기본 심령에 대한 자세한 내용을 이해, 다양한 구성의 단일 분자 분광 연구를 수행 할 수 있습니다금속 분자 금속 접합에서의. 이 논문에 기재된 방법을 사용하여 하나의 특정 조작 시도의 성공 확률을 결정하는 복소 에너지 표면을 "학습"할 수 있도록한다. 인수 충분한 직관을 갖는 것은, 컴퓨터 학습을 마지막으로 조작 프로세스를 자동화하는 것이 위임 할 수있다. 방법의 또 다른 부수적 향후 개발은 실험자에 대해 더욱 직접적인 피드백을 허용하는 조작 방법의 원자의 실시간 시뮬레이션과의 조합이다.

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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

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