분자 순응및 클러스터의 공간 분리
Summary
우리는 분자 빔에 존재하는 다른 순응자 또는 클러스터의 공간 분리를 허용하는 기술을 제시한다. 정전기 디플렉터는 질량 대 이폴 모멘트 비율로 종을 분리하는 데 사용되며, 단일 원포 또는 클러스터 스토이치오메트리의 가스 상 앙상블을 생산합니다.
Abstract
가스 상 분자 물리학 및 물리적 화학 실험은 일반적으로 차가운 분자 빔의 생산을 위한 펄스 밸브를 통해 초음속 확장을 사용합니다. 그러나 이러한 빔에는 낮은 회전 온도에서도 여러 계부및 클러스터가 포함되어 있는 경우가 많습니다. 우리는 분자 빔 팽창의 이러한 구성 부분의 공간 분리를 허용하는 실험 방법론을 제시한다. 전기 디플렉터를 사용하여 빔은 질량 대 다극모멘트 비율로 구분되며, 벤더 또는 전기 섹터 질량 분광계와 유사하게 질량 대 전하 비율을 기준으로 전하 분자를 공간적으로 분산시합니다. 이 디플렉터는 불동성 전기장에서 스탁 효과를 악용하고 극중성 분자 및 클러스터의 개별 종의 분리를 허용합니다. 또한 저에너지 회전 양자 상태가 일반적으로 가장 큰 편향을 경험하기 때문에 분자 빔의 가장 추운 부분을 선택할 수 있습니다. 종의 다른 구조 이소종(conformers)은 기능성 군의 상이한 배열로 인해 분리될 수 있으며, 이는 뚜렷한 이폴 모멘트로 이어진다. 이들은 분자 광선에서 변형 순수 한 샘플의 생산을 위한 정전기 디플렉터에 의해 악용된다. 마찬가지로, 특정 클러스터 스토이치오메트리는 지정된 클러스터의 질량 및 이폴 모멘트로 부모 분자 주위의 용해 정도에 따라 달라질 수 있다. 이를 통해 특정 클러스터 크기와 구조에 대한 실험을 통해 중성 분자의 용해에 대한 체계적인 연구가 가능합니다.
Introduction
현대 가스 상 분자 물리학 및 물리적 화학 실험은 종종 분자 빔 내에서 회전 차가운 분자 샘플을 생산하기 위해 대상 분자의 초음속 확장을 사용합니다. 그러나, 초음속 팽창을 사용하여 일상적으로 달성될 수 있는 1K의 낮은 회전 온도에서도, 큰 분자는 여전히 빔1내의 다중 적합성에 남아 있을 수 있다. 마찬가지로 빔 소스에서 분자 클러스터의 생산은 단일 종으로 이어지지 않고, 오히려 많은 다른 클러스터 스토이치오메트리뿐만 아니라 남아있는 순수한 부모 분자를 포함하는 “클러스터 수프”의 형성에 있습니다. 이것은 분자 궤도2의화상 진찰과 같은 새로운 기술을 가진 이 시스템의 연구 결과, 분자 프레임 광전자 각 분포3-5 또는 전자6-10 및 X 선 회절11-13 어렵게, 이들은 가스 상에 있는 순수하고 일관되고 균일한 견본을 필요로 하기 때문에 어렵습니다.
여러 가지 방법론이 가스상(예: 이온 이동성 드리프트 튜브14,15)에서충전된 종의 상이한 순응체를 분리할 수 있게 되고 충전된 클러스터는 질량 대 전하 비율로 쉽게 분리되지만, 이러한 기술은 중립종에 적용되지 않는다. 우리는 최근에 이러한 문제는 정전기 편향 장치16,17의사용으로 극복 될 수 있음을 입증, 분자 순응체뿐만 아니라 클러스터및 회전 차가운 분자 빔의 생산을 허용.
정전기 편향의 사용은 고전적인 분자 빔 기술이며, 기원은18,19로거슬러 올라가고 있습니다. 양자 상태의 분리를 위해 정전기 편향을 활용하는 첫 번째 아이디어는 1926년 20에서 스턴에 의해 도입되었다. 초기 실험은 고온에서 작은 분자에 실시되었지만, 우리는 낮은 온도16,21에서큰 극성 분자 및 클러스터에이 기술의 적용을 보여줍니다.
극지 분자는 잠재적 에너지의 공간 차이로인해 불균일한 전기장(E)내부의 힘을 경험한다. 이 힘은 
분자의 유효 이폴 순간, μeff에의존하며,
(1)
다른 분자 순응체는 일반적으로 다른 이폴 순간과 클러스터 내의 용매 분자의 다른 숫자를 posses로 다른 클러스터 질량과 이폴 순간으로 이어질, 이 종은 강한 불동성 전기 장의 존재에 다른 가속을 경험하게 될 것이다. 따라서 불균일한 전기장으로부터 생성된 스탁 효과 력은 순응제 및 양자상태(22)의분리에 사용될 수 있다. 이는 도 1에나타내며, 각각 3플루오로페놀의 시스 및 트랜스 굴곡의 J = 0,1,2 회전 상태에 대한 계산된 스탁 커브를 나타낸다. 이는 그림 1c 및 1d에도시된 바와 같이 μeff의큰 차이로 이어지므로 불균일한 전기장의 두 굴결자에 의해 다른 가속이 경험됩니다. 따라서, 정전기 편향 장치는 질량 대 다극모멘트(m/μeff)분리기로 사용될 수 있으며, 질량 대 전하비율(m/z)필터(23)로작용하는 질량 분광계와 유사하게 사용될 수 있다.
더욱이, 이러한 기술은 회전 양자상태(24,25)의분리를 허용한다. 지상 회전 상태(그림 1a 및 1b의파란색 곡선)가 가장 큰 스탁 시프트를 나타내므로, 이들은 대부분 편향되고J상태(17)의분자로부터 공간적으로 분리될 수 있다. 따라서 분자 빔의 가장 추운 부분을 선택하여 표적분자(17, 26-28)의정렬 및 방향과 같은 많은 응용 분야에서 크게 도움을 줍니다.
이 기여에서 우리는 어떻게 정전기 편향 장치가 큰 극성 분자 및 클러스터의 다른 종을 공간적으로 분리하기 위하여 이용될 수 있는지 보여줍니다. 예 데이터는 개별 원포의 순수 빔 생성과 잘 정의된 크기와 비율의 솔트 용매 클러스터의 생성을 위해 제시됩니다. 구체적으로 는 트랜스 콘포머만을 포함하는 순수 빔이 생성되는 3-플루오로페놀에 대한 데이터를 제시하고, 인돌(H 2 O)1 클러스터가 물, 인돌, 인돌(H2O)2 등으로부터공간적으로 분리될 수 있는 인돌-워터 클러스터에 대한 데이터를 제시한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 원고 전반에 걸쳐 초고진공 부품, 펄스 분자 빔 밸브 및 레이저 소스에 대한 친숙함이 가정되며 관련 안전 절차는 항상 준수해야 합니다. 디플렉터용 고전압 전극을 처리할 때는 특별한 주의를 기울여야 합니다. 그들의 표면은 높은 수준으로 연마되어야하며 진공 챔버 내부의 아크를 피하기 위해 절대적으로 깨끗해야합니다. 먼저 전극을 사용하기 전에 진공 상태에서 조절해야합니다. 적용된 전압은 서서히 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 도이치 포스충스게마인샤프트의 우수 클러스터 “초고속 이미징을 위한 함부르크 센터– 원자 규모의 물질의 구조, 역학 및 제어”와 헬름홀츠 가상 연구소 “다차원 풍경의 역동적인 통로”에 의해 지원되었습니다.
Materials
| Vacuum system | various, e.g. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold | ||
| Dye laser system | various, e.g. Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes… | ||
| Pulsed valve | Even-Lavie | ||
| High voltage power supply | eg. FUG | HCP 14-20000 | |
| Deflector | Custom made | ||
| Time-of-flight spectrometer | Jordan TOF | C-677 | |
| TOF power supply | Jordan TOF | D-603 | |
| Focusing lens | e.g. Thorlabs | LA4745 | |
| Translation stage | e.g. Vision Lasertechnik | 8MT167-25 | |
| Digitizer | e.g. Agilent | Acquiris DC440 | |
| Digital delay generator | e.g. Stanford Systems | SRS DG645 | |
| Molecular beam skimmer | Beam Dynamics Inc. | http://www.beamdynamicsinc.com/ |
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