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Article de méthode

Imagerie directe de Laser-driven Ultrafast moléculaire Rotation

9.7K vues

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DOI :

10.3791/54917

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4 février 2017

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Dans cet article

Résumé

Nous présentons un protocole pour créer un film en temps réel d’un paquet d’ondes de rotation moléculaire à l’aide d’une configuration d’imagerie d’explosion de Coulomb à haute résolution.

Résumé

Nous présentons une méthode pour visualiser ultrarapides moléculaires de rotation dynamique des paquets d'onde induite par laser,. Nous avons développé une nouvelle Coulomb configuration d'imagerie d'explosion 2 dimensions dans lequel un angle de caméra jusque-là-pratique est réalisé. Dans notre technique d'imagerie, des molécules diatomiques sont irradiés par une impulsion laser solide polarisé circulairement. Les ions atomiques éjectées sont accélérées perpendiculairement à la propagation du laser. Les ions se trouvant dans le plan de polarisation du laser sont sélectionnés grâce à l'utilisation d'une fente mécanique et imagées avec un débit élevé, le détecteur 2 dimensions installé parallèlement au plan de polarisation. Parce qu'une polarisation circulaire (isotrope) Coulomb impulsion explosion est utilisé, la distribution angulaire observée des ions éjectés correspond directement à la fonction de rotation au carré d'onde au moment de l'irradiation de l'impulsion. Pour créer un film en temps réel de rotation moléculaire, la technique d'imagerie présente est combinée avec une femtoseconde pompe-sonde oConfiguration ptical dans lequel les impulsions de pompage créent un seul sens de rotation des ensembles moléculaires. En raison de l'image à haut débit de notre système de détection, la pompe-sonde condition expérimentale peut être facilement optimisée en surveillant un instantané en temps réel. En conséquence, la qualité du film est suffisamment élevée observée pour la visualisation de la nature détaillée d'onde de mouvement. Nous notons également que la présente technique peut être mise en œuvre dans des configurations existantes d'imagerie ion standard, offrant un nouvel angle de caméra ou de point de vue pour les systèmes moléculaires sans la nécessité d'une modification importante.

Introduction

Pour une meilleure compréhension et une meilleure utilisation de la nature dynamique des molécules, il est essentiel de visualiser clairement les mouvements moléculaires d'intérêt. Coulomb explosion imagerie résolue en temps est l' une des approches puissantes pour atteindre cet objectif 1, 2, 3. Dans cette approche, la dynamique moléculaire d'intérêt sont initiées par un champ laser pompe ultracourtes et sont ensuite sondés par une impulsion de sonde retardée dans le temps. Lors de l'irradiation de la sonde, les molécules sont ionisées se multiplient et divi....

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Protocole

NOTE: Grâce à ce protocole, nous clarifions ce que nous avons réellement fait pour développer la méthode actuelle. paramètres exacts, y compris la chambre et la conception de configuration optique et les tailles et les types de pièces, ne sont pas toujours indispensable d'appliquer le système actuel de l'appareil du lecteur. L'essence de la procédure sera donnée sous forme de notes dans chaque étape.

1. Construction d'une imagerie 2D Appareil-slice

REMARQUE: Tout au long de cette étape, toutes les pièces disponibles dans le commerce et de l'équipement, comme une pompe à vide et un détecteur, sont installés confo....

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Résultats

La figure 4A montre une image brute sonde seule du N 2+ ions éjecté lors de l' irradiation de la sonde (Coulomb explosion), pris pour une sonde tir laser. Chaque point lumineux correspond à un ion. La figure 4B montre une image résumée de 10.000 binarisées images brutes. Ces images montrent que notre dispositif d'imagerie peut surveiller les molécules de tous les angles d'orientation dans le plan de polarisation. La figure 4C

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Discussion

La procédure actuelle nous permet de capturer un film en temps réel de rotation moléculaire avec une installation d'imagerie 2D à base de fente. Du fait que les ions observés passent à travers la fente, l'étape 1.5 est l'une des étapes critiques. Les bords des lames fendues doivent être coupants. Quand il y a un petit défaut, tel qu'une dent de 0,3 mm dans la fente, une rayure est observé dans l'image d'ions (figure 6). Dans un tel cas, la lame de fente doit être polie avec du pa.......

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Ce travail a été soutenu en partie par des subventions KAKENHI de la Société japonaise pour la promotion de la science (JSPS) et du ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie (MEXT) Japon (#26104539, #26620020, #26810011, #15H03766, #15KT0060, #16H00826 et #16K13927) ; la Fondation Konica Minolta pour la science et la technologie ; le programme « Planter des graines pour la recherche » de TokyoTech ; le projet de science de l’imagerie du Center for Novel Science Initiatives (CNSI) à les National Institutes of Natural Sciences (NINS) (#IS261006) ; le programme conjoint RIKEN-IMS sur la « photonique extrême » et le Consortium....

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Caméra CMOSToshiba TELIBU-238M-ESéquipée d’un capteur SONY IMX174
Interrupteur haute tensionBehlkeHTS-41-03-GSM
Interrupteur haute tensionBehlkeHTS-80-03
Générateur de retard numériqueStanford systèmes de rechercheDG535
Générateur de retard numériqueStanford systèmes de rechercheDG645
Plaque à microcanauxPhotonis3075
Vanne pulséeLAMID LTDVanne Even-Lavie  ;Modèle à haute répétition, température ambiante
Skimmers de faisceau moléculaireInstitute for Molecular Science13C11Trou central de 3 et 1,5 mm, angle intérieur complet de 25 degrés et longueur ~50 mm
Comparateur optiqueNikonV-24B
DPSS laserLighthouse Photonics Sprout
Femtosecond Ti :Sapphire oscillateurKMLabsHalcyon
Femtosecond Ti :Sapphire amplifierQuantronixOdin-II HE
Platine linéaire motoriséeSigma KokiKST(GS)-100X
Mode d’emploi X-stageSigma KokiTSD-601S
Monture de rétroviseur haute résolutionNewportSuprema SX100-F2KN-254
Monture de rétroviseur haute résolutionLIOP-TEC GmbHSR100-100R-2-HS
Vérificateur de polarisationParadigm Appareils, Inc.O-tool VIS Interface de communication d’instrument
National InstrumentsNI-MAX
Environnement de développement graphique pour les programmes de mesureNational InstrumentsLabVIEW 2014
Miroir diélectrique linéaire laserCVI/LEOTLM2-400/800-45UNP
Miroir diélectrique linéaire laserAltechnaLow GDD Miroirultrarapide
Miroir diélectrique à ligne laserAltechnaLow GDD Miroir
Polariseur femtosecondeAdvanced Thin FilmsPBS-GVD
ultrarapide

Références

  1. Stapelfeldt, H., Constant, E., Sakai, H., Corkum, P. B. Time-resolved Coulomb explosion imaging: A method to measure structure and dynamics of molecular nuclear wave packets. Phys. Rev. A. 58, 426-433 (1998).
  2. Hishikawa, A., Matsuda, A., Fushitani, M., Takahashi, E. J. Visualizing Recurrently Migrating Hydrogen in Acetylene Dication by Intense U....

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Réimpressions et autorisations

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