मजबूत क्षेत्र Adiabatic Ionization के साथ Polyatomic कट्टरपंथी Cations में Ultrafast कंपन जुटना की माप
Summary
हम polyatomic कट्टरपंथी cations में ultrafast कंपन जुटना है कि आणविक पृथक्करण में परिणाम की जांच के लिए एक प्रोटोकॉल मौजूद हैं ।
Abstract
हम polyatomic कट्टरपंथी cations में कंपन जुटना और उनके ultrafast गतिशीलता की जांच की तैयारी के लिए एक पंप जांच विधि प्रस्तुत करते हैं । मजबूत के तरंग दैर्ध्य स्थानांतरण द्वारा ८०० एनएम के निकट अवरक्त (1200-1600 एनएम) में आमतौर पर इस्तेमाल किया से पंप पल्स adiabatic, ionization प्रक्रिया multiphoton अवशोषण के सापेक्ष बढ़ जाती है के लिए सुरंग का योगदान इलेक्ट्रॉन । इलेक्ट्रॉन हटाने पर आयन की जमीन इलेक्ट्रॉनिक राज्य की प्रमुख जनसंख्या में Adiabatic ionization परिणाम है, जो प्रभावी ढंग से एक सुसंगत कंपन राज्य तैयार करता है (“वेव पैकेट”) बाद में उत्तेजना के लिए उत्तरदायी । हमारे प्रयोगों में, सुसंगत कंपन गतिशीलता एक कमजोर क्षेत्र ८०० एनएम पल्स और पृथक्करण उत्पादों के समय पर निर्भर पैदावार एक समय के उड़ान मास स्पेक्ट्रोमीटर में मापा के साथ जांच कर रहे हैं । हम अणु dimethyl methylphosphonate (DMMP) पर माप प्रस्तुत करने के लिए वर्णन कैसे उत्तेजना के लिए १५०० एनएम दालों का उपयोग कर आयन पैदावार में सुसंगत दोलनों के आयाम 10 के एक कारक के रूप में ८०० एनएम दालों की तुलना में बढ़ाता है । इस प्रोटोकॉल एक ऑप्टिकल पैरामीट्रिक एम्पलीफायर (तरंग दैर्ध्य रूपांतरण के लिए OPA) के शामिल किए जाने के माध्यम से मौजूदा पंप जांच setups में लागू किया जा सकता है ।
Introduction
1960 में लेजर के आविष्कार के बाद से, चुनिंदा अणुओं में रासायनिक बांड तोड़ने का लक्ष्य दवा और भौतिक विज्ञानियों का एक पुराना सपना रहा है । दोनों लेजर आवृत्ति और तीव्रता धुन करने की क्षमता संबद्ध कंपन आवृत्ति1,2,3,4 पर चयनात्मक ऊर्जा अवशोषण के माध्यम से एक लक्ष्य बांड के प्रत्यक्ष दरार सक्षम माना जाता था . हालांकि, जल्दी प्रयोगों पाया है कि अणु में अवशोषित ऊर्जा के intramolecular कंपन पुनर्वितरण अक्सर गैर-सबसे कमजोर बांड4,5के चयनात्मक दरार के परिणामस्वरूप । यह femtosecond स्पंदित पराबैंगनीकिरण और पंप-जांच तकनीक6 के विकास के देर से 1980 है कि सुसंगत कंपन राज्यों, या “वेव पैकेट”, बांड दरार और अंय पर सफल नियंत्रण सक्षम के प्रत्यक्ष हेरफेर में जब तक नहीं था उद्देश्य6,7,8। पंप जांच माप, जिसमें “पंप” पल्स एक उत्साहित राज्य या आयन कि बाद में एक समय से उत्साहित है तैयार “जांच” पल्स, रहने के सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया तकनीकों में से एक 9 अणुओं में ultrafast प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए, 10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19,20.
polyatomic कट्टरपंथी cations के ultrafast पृथक्करण गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए एक महत्वपूर्ण सीमा पंप का उपयोग कर जांच उत्तेजना सामूहिक spectrometric का पता लगाने के लिए युग्मित पंप द्वारा लक्ष्य अणु का गैर-चयन विखंडन से उठता है नब्ज पर तिवारी: नीलमणि ८०० एनएम21,22,23की तरंग दैर्ध्य । nonadiabatic multiphoton ionization से इस अतिरिक्त विखंडन परिणाम और निकट अवरक्त (जैसे, 1200-1500 एनएम)22,23,24में उत्तेजना तरंग दैर्ध्य स्थानांतरण द्वारा शमन किया जा सकता है, 25. इन लंबे तरंग दैर्ध्य पर, adiabatic इलेक्ट्रॉन सुरंग के योगदान ionization प्रक्रिया में multiphoton उत्तेजना के सापेक्ष बढ़ जाती है22,23। Adiabatic सुरंग अणु और रूपों को थोड़ा अतिरिक्त ऊर्जा प्रदान मुख्य रूप से “ठंडा” जमीन राज्य आणविक आयनों19,22,23। हमारे पिछले काम का प्रदर्शन किया है कि निकट अवरक्त उत्तेजना के उपयोग काफी सुसंगत कंपन उत्तेजित, या “वेव पैकेट”, polyatomic कट्टरपंथी cations में की तैयारी में सुधार के रूप में ८०० एनएम उत्तेजना19की तुलना में, 20। यह काम मजबूत क्षेत्र ionization के बीच अंतर multiphoton और पंप के साथ सुरंग योगदान-जांच के रासायनिक युद्ध एजेंट simulant dimethyl methylphosphonate (DMMP) पर लिया माप १५०० एनएम और ८०० एनएम का प्रयोग करेंगे पंप तरंग दैर्ध्य ।
हमारे पंप में जांच प्रयोगों, ultrashort लेजर दालों की एक जोड़ी समय देरी, संयुक्त है, और एक समय के उड़ान मास स्पेक्ट्रोमीटर, के रूप में चित्रा 1में हमारे सेटअप में दिखाया में केंद्रित है । इन प्रयोगों में एक तिवारी की आवश्यकता होती है: नीलमणि पुनर्अपक्षय प्रवर्धक > 2 एम एम, ८०० एनएम, 30 एफएस दालों का उत्पादन । एम्पलीफायर उत्पादन एक 90:10 (% R:%T) बीम अलगानेवाला पर विभाजित है, जहां ऊर्जा के सबसे १२००-१६०० एनएम, १००-३०० µJ, 20-30 एफएस दालों की पीढ़ी के लिए एक ऑप्टिकल पैरामीट्रिक एम्पलीफायर (OPA) पंप करने के लिए प्रयोग किया जाता है । IR पंप बीम का व्यास 22 मिमी तक विस्तारित है और ८०० एनएम जांच बीम का व्यास डाउन-collimated से ५.५ mm और एक आइरिस का उपयोग कर रहा है । पंप जांच बीम (30 µm) से एक काफी छोटे बीम कमर (9 µm) के लिए ध्यान केंद्रित कर बीम में ये collimations परिणाम है, जिससे यह सुनिश्चित करना है कि सभी आयनों पंप नाड़ी के दौरान गठन समय देरी जांच पल्स द्वारा उत्साहित हैं । इस विंयास क्योंकि हमारे प्रयोगों के लक्ष्य के जनक आणविक आयन, जो भी केंद्रित बीम के किनारों के पास कम तीव्रता पर गठन किया जा सकता है की गतिशीलता जांच करने के लिए प्रयोग किया जाता है । हम ध्यान दें कि यदि अधिक उच्च उत्तेजित ईओण प्रजातियों की गतिशीलता ब्याज की हैं, तो जांच बीम व्यास पंप की तुलना में छोटे बनाया जाना चाहिए ।
पंप और जांच दालों collinearly प्रचार और एक विले के निष्कर्षण क्षेत्र में केंद्रित कर रहे है मैकलेरन समय की उड़ान मास स्पेक्ट्रोमीटर (तोफ-MS)26 (चित्रा 2) । एक शीशी में रखा आणविक नमूनों प्रवेश करने के लिए संलग्न है और वैक्यूम करने के लिए खोला । इस सेटअप की आवश्यकता है कि जांच के तहत अणु एक शूंय भाप दबाव है; कम वाष्प दबाव के साथ अणुओं के लिए, शीशी गर्म किया जा सकता है । चैंबर में गैसीय नमूना के प्रवाह दो चर रिसाव वाल्व द्वारा नियंत्रित है । नमूना एक 1/16 “स्टेनलेस स्टील ट्यूब के माध्यम से लगभग 1 सेमी दूर लेजर फोकस (चित्रा 2) के माध्यम से कक्ष में प्रवेश के लिए निष्कर्षण क्षेत्र27में लक्ष्य अणु की एक स्थानीय स्तर पर उच्च एकाग्रता देने के लिए । निष्कर्षण प्लेट लेजर प्रसार और आयन रास्तों के लिए एक ०.५ mm भट्ठा उंमुख ओर्थोगोनल है । क्योंकि पंप बीम के रेले रेंज लगभग 2 मिमी है, इस भट्ठा एक फिल्टर के रूप में कार्य करता है, केवल केंद्रीय फोकल मात्रा से उत्पन्न आयनों जहां तीव्रता उच्चतम है निष्कर्षण थाली28के माध्यम से पारित करने के लिए. आयनों एक 1 मीटर क्षेत्र मुक्त बहाव ट्यूब Z-गैप माइक्रो चैनल प्लेट (एमसीपी)29डिटेक्टर, जहां वे पता चला रहे हैं और ठेठ वाणिज्यिक तिवारी के 1 kHz पुनरावृत्ति दर पर एक 1 GHz डिजिटल आस्टसीलस्कप के साथ दर्ज तक पहुँचने के लिए दर्ज करें: नीलमणि पराबैंगनीकिरण.
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल हमें जमीन इलेक्ट्रॉनिक राज्य में आयनों की चयनात्मक तैयारी के माध्यम से polyatomic कट्टरपंथी cations में ultrafast कंपन गतिशीलता को हल करने के लिए सक्षम बनाता है । जबकि मानक मजबूत क्षेत्र ionization प्रक्रिया ८०?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को अमेरिकी आर्मी रिसर्च ऑफिस ने कॉन्ट्रैक्ट W911NF-18-1-0051 के जरिए सपोर्ट किया था ।
Materials
| Mass spectrometer components | |||
| TOF lens stack and flight tube assembly | Jordan TOF Products, Inc. | C-677 | |
| 18 mm Z-gap detector assembly | Jordan TOF Products, Inc. | C-701Z | |
| TOF high voltage power supply | Jordan TOF Products, Inc. | D-603 | |
| Vacuum system components | |||
| Rotary vane backing pump | Edwards Vacuum LLC | RV12 | |
| Turbomolecular pumps (2) | Edwards Vacuum LLC | EXT255H | |
| Turbomolecular pump controllers (2) | Edwards Vacuum LLC | EXC300 | |
| Pressure gauge | Edwards Vacuum LLC | AIGX-S-DN40CF | |
| Chiller for water cooling | Neslab | CFT-25 | |
| Femtosecond laser system | |||
| Ti:Sapphire regenerative amplifier | Coherent, Inc. | Astrella | oscillator and amplifier in a single integrated system |
| Optical Parametric Amplifer (OPA) | Light Conversion | TOPAS Prime | |
| Motion control | |||
| Motorized linear translation stage 1" travel | Thorlabs | Z825B | |
| controller for linear translation stage | Thorlabs | KDC 101 | |
| USB controller hub and power supply | Thorlabs | KCH 601 | |
| Manual linear translation stage 1" travel | Thorlabs | PT1 | |
| Detectors | |||
| Pyroelectric laser energy meter | Coherent, Inc. | 1168337 | |
| Thermal laser power meter | Coherent, Inc. | 5356E16R | |
| Si-biased detector 200-1100 nm | Thorlabs | DET10A | |
| Compact USB CMOS Camera | Thorlabs | DCC1545M | |
| USB spectrometer | Ocean Optics | HR4000 | |
| 1 GHz digital oscilloscope | LeCroy | WaveRunner 610Zi | |
| Optics | |||
| Type 1 BBO crystal | Crylight Photonics | BBO007 | aperture and thickness may be customized |
| Achromatic half wave plate, 1100-2000 nm | Thorlabs | AHWP05M-1600 | |
| Wollaston prism polarizer | Thorlabs | WPM10 | |
| Hollow retro-reflector | PLX, Inc. | OW-20-1C | |
| Variable neutral density filter | Thorlabs | NDC-100C-2 | |
| Longpass dichroic mirror 2" diameter | Thorlabs | DMLP950L | |
| Software | |||
| Digital Camera image software | Thorlabs | ThorCam | |
| Instrument communication interface | National Instruments | NI-MAX | |
| Graphical development environment for measurement programs | National Instruments | LabVIEW | |
| Data processing software | Mathworks | MATLAB |
References
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