이 연구의 지원을 예술과 과학 및 콩 코디 아 대학의 학장의 사무실의 학교의 학장의 사무실을 인정하는 기쁨입니다. 저자는이 조사에 그의 많은 공헌 GA 크로스비에게 감사하고 싶습니다.

극저온 분광학 1. 샘플 준비 및로드 <ol><li> 적당한 용매 형광 발색단의 10-3 ~ -10 -4 M 용액 ~ 3 ㎖를 준비한다. 주 : 많은 용매가 사용될 수 있지만, 물, 각종 알코올 용매 (예 : 에탄올, 에탄올 / 메탄올의 혼합물, 에틸렌 글리콜, 및 글리세롤)이 저온 작동에 대한 용해성, 표면 장력 특성의 우수한 조합을 제공한다. </li><li> 네일 주위 ~ 직경 0.4 mm 베어 구리 와이어의 길이를 꼬아 샘플 루프를 준비하거나 ~ 30mm 편조 구리 와이어의 직선 길이는 다음의 직경 단일 루프 2 ~ 3 mm을 수득 스크류. </li><li> 손가락 오일 및 기타 오염 물질을 제거하고 건조 할 수 있도록 95 % 에탄올로 샘플 루프를 씻어. 루프의 청결을 위해 증류수와 함께 초, 질산 제 린스하고, 마지막으로 에탄올. </li><li> 일 침지하여 시료 루프에 샘플 용액로드검액으로 E 루프 (단계 1.1) 용액의 표면 장력시키는 루프 내의 용액의 박막을 잡아. </li><li> 즉시 동결과 눈 보호 (안전 고글)와 손을 보호 (장갑)을 사용하기를 돌보는 루프의 박막 시료 용액을 안정화하기 위해 액체 질소에로드 된 샘플 루프를 찍어. </li></ol> 2. 열전대 준비, 정렬 및 설정 <ol><li> 이 구리 - 콘스 탄탄 접합을 형성하여 비 절연 0.4 mm 직경의 구리 와이어의 두 길이와 0.4 mm 직경의 비 절연 콘스 탄탄 (구리 - 니켈 합금) 와이어의 하나의 길이에서 구리 - 콘스 탄탄 (타입 T) 열전대를 준비 : 샘플 접합 및 표준을 기준 접점 (0 ° C 얼음 / 물 혼합물). 주 : 접합은 실버 함께 납땜 할 수 있지만,이 접합부를 형성하기 위해 함께 구리 콘스 탄탄 와이어를 꼬아 완전히 만족 스럽다. <ol><li> togeth 구리와 콘스 탄탄 와이어 클램프~ 90 ° 각도로 바늘 코를 펜 치와 어. 두 전선에 단단히 당기면서, 꼭 5-6 턴 동안 그들을 함께 묶어 줘. </li></ol></li><li> 그들은 두 개의 접합에서 이외의 지점에 접촉하지 않도록 모든 열전대 와이어를 정렬합니다. 열전대 와이어가 얇은 절연 코팅으로 덮여있는 경우, 그들은 터치 접합 이외의 지점 수 있습니다. <ol><li> 열전대 절연 전선을 사용하는 경우, 전압계 단자와 접합 및 전기 접점을 형성하는 와이어의 단부에서 절연 거리 긁어. 와이어에 절연 물질을 발하는하지 않는 것을 확인주의하십시오. 선택된 파장의 광이 시료 루프의 절연 전선의 작은 조각 흥분 시료를 배치하고, 어떤 샘플이 존재하지 않을 때, 발광 신호를 찾아 스퓨리어스 발광의 전위 소스와 열전쌍 절연 테스트. </li></ol></li><li> 샘에서 두 개의 구리 열전쌍 와이어를 연결합니다하이 임피던스 5½ 디지트 디지털 전압계의 입력 단자 및 기준 PLE 접합부. </li><li> 0 ° C를 물 / 얼음 욕조에서 샘플 및 참조 접합을 모두 놓고 전압계를 제로. </li><li> 적절한 높이 및 상기 여기 광 빔의 방향과 일치하도록 적재 된 시료 루프 및 액체 질소 충전 광 듀어의 열전대 샘플 접합 정렬. 열전쌍 접합 가능한 한 가깝게하고 듀어에서 정확히 같은 높이에서 시료 루프를 유지합니다. </li></ol> 광학 듀어 3. 일반 기계 지원 및 샘플 루프의 정렬 및 열전대 접합 <ol><li> 정렬 및 광학 듀어에서 원하는 높이에서 시료 루프를 유지하기 위해 5 mm 직경 X 30mm 길이 나무 앵커에 작은 전기 악어 클립을 부착하여 조절 높이 들고 클램프를 준비합니다. <ol><li> snugl 맞는 코르크보다 약간 작은 직경 5mm의 구멍을 지루광 듀어의 상부에 Y. 악어 클립의 샘플 루프의 꼰 와이어 부분을 클램프, 다음 듀어에서 원하는 샘플 높이를 달성하기 위해 코르크에 위 또는 아래로 앵커를 밀어 넣습니다. </li></ol></li><li> 광학 듀어에서 원하는 높이에 열전대 접합을 정렬하고 유지하려면 다른 5-mm 직경의 나무 앵커를 사용합니다. 는 앵커의 바닥 아래 10-20mm을 돌출되도록 열전대 접합을 맞 춥니 다. 다웰의 반대편에 구리와 콘스 탄탄 와이어를 맞추고 단단히 자리에이 와이어를 잡아 12.5 mm 폭 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE) 배관공의 테이프로 단단히 포장. </li><li> 이러한 제 다웰을 수용하고 샘플 루프 근처 열전대 접합의 수직 높이를 조정할 수 있도록 듀어 상단의 코르크 직경 5mm보다 약간 작은 구멍이 다른 보어. </li><li> 질소 가스를 통기 구멍을 끓여 역할을 듀어 상단의 코르크 제 작은 구멍을 낳았다. </li></ol><p클래스 = &quot;jove_title&quot;&gt; 4. 광학 듀어의 온도에 따라 저온 분광학 <ol><li> 전자는 따뜻하게 할 수 있도록 사전에 CCD 분광기 적어도 1 시간에 모든 전자 제품의 전원을 켜고 펠티어 냉각 CCD 카메라는 안정적인 작동 온도에 도달 할 수 있습니다. </li><li> 워밍업 기간이 끝난 후, 파장은 원자 방출 라인이나 밴드 알려진 시리즈에 대한 CCD 분광기를 교정. 공지 파장 및 공지 밴드 파장 대역 활성화 상관물 CCD 화소 번호 대역을 방출하는 저압 원자 발광 램프의 스펙트럼을 측정한다. 참고 : 본 연구에서 사용 된 CCD Andor의 분광기를 포함한 대부분의 현대의 CCD의 분광에서, 상기 파장 교정 처리를 소프트웨어 자동화된다. <ol><li> 강도는 밀접 3200 K BLA 근사 램프의 알려진 스펙트럼 프로파일 3200 K에서 동작하는 석영 할로겐 램프의 스펙트럼을 측정 비교하여 분광기 보정CK 몸. </li></ol></li><li> 여기 광 루프 시료로부터 방출되는 빛의 샘플을 타격 수집하고 CCD-분광기의 입구 슬릿에 충돌된다되는지 확인하기 위해 여기 및 발광 광학 사전 정렬. 참고 :이 두 단계의 기계적인 과정이다. 첫 번째 단계는 발광 신호가 CCD에 의해 검출되도록 상기 분광기의 입구 슬릿에 발광을 얻을 수있는 광학 초기 거친 정렬된다. 두 번째 단계는 여기 광 빔 듀어 루프에서 샘플 자체 및 방출 컬렉션 광학 소자의 위치를​​ 체계적으로 조절하여 샘플의 발광 신호 강도의 신중한 최적화 구성된다. </li><li> 광학 정렬은 최적화되면 4.3에 기재된 바와 같이, 샘플 (77)의 K 액체 질소 기준 발광 스펙트럼을 측정한다. 이 스펙트럼은 해당 구리 와이어 루프 냉동 박막 샘플의 제 있도록루프에 인접 ermocouple, 듀어, 상기 여기 광과 발광 컬렉션 광학 모든 최종 최적화 된 위치에 시료가 완전히 액체 질소에 덮여있다. </li><li> 샘플 접합 그대로 PTFE 테이프에 싸여 와이어와 나무 앵커에 열전대의 기준 접점을 설정합니다. 이 기준 접점을 보호하고 바람직하지 않은 전선의 접촉을 방지 할 수 있습니다. </li><li> 0 ° C 기준 열전대 접합 물 - 얼음 비자금에 몰입되어 있는지 확인합니다. 자주 기준 접점에있는 얼음의 수준을 확인합니다. 얼음이 용해되는 속도를 감소시키기 위해 작은 넓은 입구 실험실 듀어의 기준 교차점을 설정한다. </li><li> A 형 T 구리 - 콘스 탄탄 열전대에 대해 나열된 77 K에서 문학 전압에 대해 77 K에서 측정 된 열전대 전압을 확인합니다. 두 열전대 전압은 매우 가까운 일치해야합니다. 의 Clausius-으로 Clapeyron 등식을 사용하여, 예를 들어 (압력에 대한 적절한 수정을대기압 미만 1 기압이면 기). </li><li> 액체 질소가 천천히 끓여야 할 수 있습니다. 주의 : 샘플의 온도는 시료와 액체 질소 레벨 천천히 액체 질소 비등의 결과로 증가 사이의 거리 (h)로 (여러 시간에 걸쳐)을 서서히 상승한다. 디지털 전압계 샘플 열전대 접합이 완전히 찬 질소 증기에 침지되어 있기 때문에 정확한 온도 측정을 제공하고,이 온도 상승에 응답한다. </li><li> 잠시 켜거나 여기 광 차단을 해제하고 제조 업체의 프로토콜을 사용하여 발광 스펙트럼을 획득하기 위해 CCD 분광기를 사용합니다. 그것은 단지 몇 초 밖에 걸리지 않도록 스펙트럼 데이터 획득 과정이 최적화되어야한다. <ol><li> 해제하거나 즉시 데이터 취득 처리가 완료로 여기 광을 다시 블록 불필요한 여기 광 유도 샘플 광화학 및 / 또는 여기 광에서 발생하는 오류를 최소화 할유도 된 샘플을 가열. </li><li> 스펙트럼 데이터 획득주기의 시작과 끝에서의 열전쌍 전압을 기록한다. 열전대 전압은 상기 스펙트럼 데이터가 소정의 온도를 취득하는 동안 매우 짧은 시간 간격 (~ 1-10 초) 동안 (K 0.0-0.1 이내 즉, 연관된 온도 변화 Δ T)을 상당히 변화해서는 안된다. 전압 표 대 타입의 T 구리 - 콘스 탄탄 온도를 참조하여 온도 전압 측정 값을 변환합니다. </li></ol></li><li> 샘플 온도가이 온도에 따라 스펙트럼 측정의 과정에서 광학, 전자 또는 여기 광 강도 변경하지 ~ 5 K. 증가했다 때 액체 질소가 다른 스펙트럼을 계속 떨어져 비등하고 측정 할 수 있습니다. 참고 : 광학 듀어의 품질에 따라,이 워밍업 과정은 5에서 ~ 5 K 간격 당 15 분에 걸립니다. </li><li> 오프 빼서 강도를 정정 CCD 스펙트럼 데이터 세트다크 프레임 강도 (즉, 스펙트럼의 입구 슬릿이 차단 된 CCD에 의해 기록 강도) 및 파장 의존성 스펙트럼 응답 차지. 각 샘플 스펙트럼과 기준 다크 카운트 강도 카운트 레벨을 뺀다. <ol><li> 각각의 샘플의 측정 된 강도를 보정하는 등 3200 K 텅스텐 할로겐 표준 램프와 같은 공지 된 강도의 표준의 강도를 측정하고, 측정 한 강도에 공지 된 강도의 비율을 사용하여 파장 의존성 스펙트럼 응답의 올바른 파장. </li></ol></li></ol>

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	<li>Baker, D. C., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+and+magnetic+evidence+for+multiple-state+emission+from+tris(2,2'-bipyridine)ruthenium(II)+sulfate.">Spectroscopic and magnetic evidence for multiple-state emission from tris(2,2'-bipyridine)ruthenium(II) sulfate.</a> Chem. Phys. 4 (3), 428-433 (1974).</li><li>Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+investigations+of+excited+states+of+transition+metal+complexes.">Spectroscopic investigations of excited states of transition metal complexes.</a> Acc. Chem. Res. 8 (7), 231-238 (1975).</li><li>Hager, G. D., Watts, R. J., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charge+transfer+excited+states+of+ruthenium(II)+complexes+II.+Relationships+of+level+parameters+to+molecular+structure.">Charge transfer excited states of ruthenium(II) complexes II. Relationships of level parameters to molecular structure.</a> J. Am. Chem. Soc. 97 (24), 7037-7042 (1975).</li><li>Elfring, W. H., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excited+states+of+mixed-ligand+chelates+of+ruthenium(II)+and+rhodium(III).">Excited states of mixed-ligand chelates of ruthenium(II) and rhodium(III).</a> J. Phys. Chem. 80 (20), 2206-2211 (1976).</li><li>Elfring, W. H., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excited+states+of+mixed-ligand+chelates+of+ruthenium(II).+Quantum+yield+and+decay+time+measurements.">Excited states of mixed-ligand chelates of ruthenium(II). Quantum yield and decay time measurements.</a> J. Am. Chem. Soc. 103 (10), 2683-2687 (1976).</li><li>Fordyce, W. A., Rau, H., Stone, M. L., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+state+emission+from+rhodium(I)+and+iridium(I)+complexes.">Multiple state emission from rhodium(I) and iridium(I) complexes.</a> Chem. Phys. Lett. 77 (2), 405-408 (1981).</li><li>Pankuch, B., Crosby, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+measurements+of+solutions+and+rigid+glasses.">Spectroscopic measurements of solutions and rigid glasses.</a> Chem. Instrum. 2 (3), 329-335 (1970).</li><li>Landee, C. P., Greeney, R. E., Lamas, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+helium+cryostat+for+a+vibrating+sample+magnetometer.">Improved helium cryostat for a vibrating sample magnetometer.</a> Rev. Sci. Instrum. 58 (10), 1957-1958 (1987).</li><li>Fairman, R. A., Spence, K. V. N., Kahwa, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+liquid+nitrogen+gas-flow+cryostat+for+variable+temperature+laser+luminescence.">A simple liquid nitrogen gas-flow cryostat for variable temperature laser luminescence.</a> Rev. Sci. Instrum. 65 (2), 503-504 (1994).</li><li>Meyer, G. D., Ortiz, T. P., Costello, A. L., Kenney, J. W., Brozik, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+fiber-optic+coupled+luminescence+cryostat.">A simple fiber-optic coupled luminescence cryostat.</a> Rev. Sci. Instrum. 73 (12), 4369-4374 (2002).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

저온 발광 스펙트럼이 장치의 개발 필요성에서 일어났다. 이 솔루션은 모든 샘플의 온도를 잘 정의 안정, 천천히 변화하고있는 듀어 / 저온 유지 장치 설계에 순식간에로드 냉동 및 분광법을 위해 배치 될 수있는 산소 과포화 또한 관심의 발색단과를 포함하는 것이 중요했다. 거의 모든 상업 저온 유지 장치는이 실험 제약이 허용하는 것보다 샘플을로드하는 데 더 많은 시간이 걸립니다. 분광 실험실로 아래층 전송 다음에 위층 화학 실험실에서 동결 / 손쉬운 샘플 로딩을 할 수 있도록 작은, 휴대용 듀어 / 저온 유지 장치를하는 것도 중요했다. 이 기술은 가변 저온 발광 측정을 필요로하는 거의 모든 시스템에 적용될 수있다. 기술 한 바와 같이 실온에서 액체이다 샘플 해결책이지만, 또한 고체있는 샘플로 확장 될 수있다RT에서. 고체 시료는 접착제 또는 기계적 수단에 의해 하나에 의해 시료 루프에 부착 될 수있다. 듀어 액체 질소 오프 천연 비등 시켜서 얻을 수 세 이점이있다 / 저온 유지 천천히 시료 온도를 변경 (a) 샘플의 열 평형이 관심있는 온도 범위에 걸쳐 유지되고; 몇 초가 소요 스펙트럼 데이터 취득 공정 (b)는 시료 온도는 거의 일정하다; 및 (c) 매우 짧은 발광 데이터 획득 시간 (및 샘플 흥분되어야하는 매우 짧은 시간)은 불필요한 여기 광 유도 샘플 광화학 및 / 또는 샘플의 가열을 초래의 가능성을 최소화한다. 로드 샘플링하기 전에, 디지털 전압계는 77 K 액체 질소, 대안 = 0 ° C에서 시료와 기준 열전대 접합을 모두 배치 273.15 K 물 / 얼음 욕조 나에 의해 제로해야합니다. 양적 리터를 들어강도 측정 uminescence, 여진 원 (레이저 또는 아크 램프) 잘 예열 및 출력 안정. 펠티에 CCD 쿨러는 또한 CCD 검출기의 안정적인 작동을 보장하기 위해 측정의 사전 (적어도 1 ~ 2 시간)에서 잘 켜져 있어야합니다. 정확한 온도 측정을 위해주의 시료 루프와 듀어 액체 질소 수준 이상의 동일 높이 h에서 열전대 샘플 접합 위치를주의해야한다. 실험 시료의 레벨 위의 액체 질소 레벨에서 시작하여 수행된다. 더 이상 액체 질소 실험시 듀어에 추가되지 않습니다. 한 바와 같은 장치에있어서, 액체 질소를 대기압으로 유지된다. 1 K / 분 - 액체 질소 수준은 샘플의 레벨 이하로 떨어진 후, 샘플 ≈ 0.5의 비율로 따. ≈ 5 K 간격으로 3 초 - 스펙트럼은 1에서 획득된다. 온난화 속도의 작은 변화는 실험실의 변화에​​ 의해 유도습도와 온도. 미세한 움직임이 바람직하지 않은 측정 발광 강도와 온도 변화를 야기 할 것이기 때문에이 실험 전반 듀어 샘플과 열전쌍의 장착 강성을 확보하는 것이 중요하다. 그 XYZ 위치가 조정 가능한 광학 요소 테이블로 수행 될 수 있도록 듀어가 장착된다. 고정밀 작업, 듀어는 광학 XYZ 스테이지에 장착 될 수 있고, 샘플 듀어의 고니 오 미터에 장착 될 수있다. 습도가 높은 날에, 치료는 광 듀어의 광학적 접근 영역이 시간이 지남에 따라 측정 된 발광 강도를 감소시킬 것이다 축합이 때문에 박막에 의해 가려되지 않도록주의해야한다. 이 문제는 듀어의 광 투과 영역을 통해 건조 질소 가스의 작은 스트림 분배에 의해 정류된다. 틀림없이, 같은 기술 듀어 / 저온 유지 장치의 설계는하지 비난 할 수루프에서의 샘플과 직접 물리적으로 접촉 저온 열전대 접합 배치. 직접 접촉 열전대 디자인 개발 중이다. 그러나, 듀어의 액체 질소 레벨 위의 동일한 높이에 열전대 접점과 시료 루프 위치 / 아주 근접하여 저온 유지 장치는 정확한 온도 측정 열역학 상태의 0 법칙을 충족하면서 샘플 로딩의 용이성을 유지하도록 설계된다 : 샘플을 온도 T는 온도 T에서 또한 열전대 접합부와 열 평형 인 온도 T에서의 질소 증기로 열 평형에있다. 오히려 일정한 강도를 가정보다 실험을하는 동안 레이저 / 아크 램프 여기 강도를 모니터링 또한 프로토콜의 바람직한 개선 될 것이다. 유사하게, CCD 검출기의 감도는 공지 된 일정한 강도의 표준 램프에 대하여 실험을 통하여 확인할 수 있었다.

극저온 영역 내에서, 발광 분자의 전자 발광 스펙트럼과 발광 수명의 온도에 따라 조사는 이러한 상태에서 발생하는 이러한 분자의 흥분 전자 상태와 광화학 및 광 물리 현상에 대한 풍부한 정보를 제공합니다. 루테늄의 선구 온도 의존성 크로스비의 광 물리 조사 및 동료 (II), 로듐 (I), 및 로듐 (III), 1,10- 페난 트롤 착물, 2,2&#39;- 비 피리딘 및 기타 리간드는 잘 도시 발광 흥분 전자 상태의 매니 폴드의 구조, 대칭, 에너지 분야, 화학 행동을 규명하기 위해 온도에 따라 분광법의 고유 한 힘. 1-6 그러나, 잘 온도에 따라 저온 분광법을 사소한 문제가 아니다합니다. 분광 심문에서 샘플을 열 수없는 것은 EQU 너무 쉽다<html> ilibrated 때문에 열 구배에 걸쳐 광범위한 온도 범위를 명시하기. 얻어진 측정 스펙트럼은 사실상 온도 범위에 걸쳐 방출의 중첩이다. 또한, 온도가이 범위도 평균 온도는 샘플 또는 근처에 배치 된 온도 프로브 (예를 들어, 열전대 또는 저항 온도 장치)의 판독 상당히 다를 수 있습니다. 때가되면 이에 따라, 온도에 따라 저온 분광법 할 올바르게 조정, 샘플의 온도가 공지되고있는 실험 조건에 안정하고 균일의 확립을 필요로하고. 이러한 조건은 간단하고 직접적인 실험 프로토콜 (도 1 참조)에 따라 운영이 매우 크지는 CCD 분광기로 구성된 장치에있어서, 여진 원 광 듀어 및 열전쌍이 달성 될 수있다. &quot;SRC =&quot;/ 파일 / ftp_upload / 54267 / 54267fig1.jpg &quot;/&gt; . 낮은 온도 분광학 그림 1. 발광 분광기 설정이 평면도에 도시 된 바와 같이 시스템은, (.가) CCD 검출기 (. b)는 분광기 (. C) 입구 슬릿 및 필터, (. d)에 발광 수집 광학 (E). 레이저 또는 아크 램프 여진 원 (F.)를 여기 빔은, (g). XYZ 환산 용융 실리카 광학 듀어가 (H한다.) 실장 열전대 샘플 접합, (ⅰ.) 샘플 (j .) 열전대의 기준 접점 :. 0 ° C = 273.15 K 얼음 / 물 조 (k)는 디지털 전압계. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 샘플의 한쪽면이 샘플의 반대편 동안 극저온 &quot;콜드 핑거&quot;표면과 물리적으로 접촉 배치되는 경우 시료와 시료 에러 평균 온도에서 바람직 열 구배가 발생할 거의 확실진공이다. 가장 실제적인 방법은 (예를 들어, 액체 질소, 액체 헬륨), 온도 T에서 액화 기체로 완전한 샘플 측정 온도 T 완전히 샘플 및 온도 T에서의 극저온 액체의 온도 프로브 젖어 균일 한있을 것을 보장 할 (예를 들어, 찬 질소 또는 차가운 헬륨 증기). 가변 온도 저온 유지 원하는 극저온 시료 온도를 달성하기 위해 전기 저항 가열 한제의 흐름의 균형을 일정 온도 샘플 환경을 달성한다. 7-9 열 교환 가스 샘플 온도가 균일하게되도록 이용 될 수있다. 아이디어는 차례로 저온 유지 장치와 열적 평형에 교환 가스 열 평형의 샘플을 가지고있다. 저온 유지 장치 설계는 단순히의 액면 위의 샘플의 높이 (h)를 조정함으로써, 즉 다양한 온도에서 샘플의 열 평형을 달성 등장기억에 한제 듀어. 10 샘플 흥분 및 발광은 광섬유 케이블, 렌즈 시스템을 통해 검출된다. 주어진 샘플 / 프로브의 높이 (h)에서, 냉각제 증기 온도 T (H)와 시간이 증가함에 따라 온도 상승 (즉, 듀어는 증기의 원활한 열 구배 DT / DH&gt; 0)을 부여 상술. 냉각제 기체 효과 액체 교환 가스가된다. 시간에 작은 샘플과 온도 프로브를 배치하면 T (시간)에서 시료의 열 평형을 보장합니다. 샘플의 온도를 증가시키기 위해, 시간이 증가된다. 시료 온도를 줄이기 위해 시간이 감소된다. 이러한 저온 유지 저온 제한이 저온 한계 압력을 감소시킴으로써 더 감소 될 수있다 H = 0에서 액체 냉각제의 온도이다. 큰 저장 듀어에서 (예를 들어, 100-L 액체 헬륨 듀어 또는 10-L 액체 질소 듀어), 한제 증발의 라TE 따라서 시료 온도에서 알려진 조절되고 액체 냉각제 상기 샘플 높이 (h)의 조정을 가능하게 분광 측정하는 일련의 시간 프레임 동안 무시할 수있다. 전이 금속 착물로부터 발광의 산소 - 유도 담금질의 온도 의존성이 실험실 분광 조사는 77-300 K 범위에서 액체 질소와 가변 온도 분광 조사를위한 작은 용융 실리카의 적응 광학 듀어되었다 (참조 : 그림 2). <img alt="그림 2" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig2.jpg" /> 변수 온도에 대한 그림 2. 용융 실리카 광학 듀어의 설치 (77-300 K) 극저온 발광 분광법은. 광학 듀어의이 그림은 완전한 변수 온도 시스템을 보여줍니다. (a). 액체 질소 (b.) TRansparent (4.0 cm) 듀어 병 듀어의의 (c). 구리 시료 루프, (D.) 열전대 접합, (예.)의 실버 영역의 unsilvered 광 액세스 영역의 (f.) 악어 클립 (g.) 나무 앵커, 액체 질소 레벨과 시료 사이 (H). 거리 (I). 내외 듀어 벽 사이의 진공 영역 (J). 코르크 마개 (K.) 질소 가스 통기 구멍 (L.) 열전대 와이어 (m .) 열전쌍 와이어 분리 PTFE 테이프로 나무 앵커에 고정. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 용융 실리카는 비 발광 형이고 가시 통해 근 자외선에서 높은 광 전송을 제공하고, 근적외선 밖으로 (~ 200-2,000 ㎚). 대형 저장 듀어 시스템에서 동작하는 기본 개념이 이전에 (10), 상기 액상 한제 샘플 높이 샘플 온도를 판단한다 바와 성공적에 이월이 작은 광학 듀어를 사용하여 작은 규모. 그러나, 대신에 기계적 시료 온도 T, 듀어 자체에 대한 상기 샘플의 위치를 조정하는 고정 액체 냉각제 레벨 위의 샘플 높이 H를 조정하는 고정 (도 2)이다. 여러 시간에 걸쳐 상기 광 듀어에서 액체 질소의 느린 오프 종기 서서히 하강 액체 질소 레벨 (도 3) 상기 시료의 거리 (h)를 증가시킨다. <img alt="그림 3" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig3.jpg" /> 그림 3. 닫기 광학 듀어의 샘플 지역입니다. 온도 : H 레벨 0, 액체 질소에 침지 샘플은 T = 0을 K (77)를 제공하는 단계; 샘플 수준의 시간에 차가운 질소 증기에 침지 한 &lt;시간이 &lt;시간 3 &lt;액체 질소 수준의 위 / 서브&gt; 샘플의 온도를 제공하는 T 1 &lt;T 2 &lt;T 3. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 샘플과 찬 질소 증기와의 열 평형 온도 프로브, 구리 - 콘스 탄탄 열전대 접합 모두를 유지하면서 시간 경과 (몇 시간) 샘플 온도의 느린 제어 증가를 허용한다. 가시 광선 및 근적외선 영역에 걸치는 발광 스펙트럼은 각 스펙트럼 등의 시료 온도는 거의 일정 기간 동안 몇 스펙트럼 당 밀리 초 (또는 초당 스펙트럼 수백)는 CCD를 갖추고 발광 분광기로 (ΔT &lt;0.1 K)에서 취득 데이터 세트가 얻어진다. 온도 ~ 5 K의 스펙트럼 사이의 일반적인 대기 시간 떨어져 ~ 5 ~ 15 분이다. Moreo여기 광에만 스펙트럼 샘플 당 몇 초를 찍는 것이 허용되기 때문에 버전 샘플 가열 또는 여기 광에 의한 시료의 광 화학적 분해의 효과는 최소화된다. 단순성, 이동성 및 샘플로드의 민첩의 관심에서, 광섬유 케이블은 사용되지 않습니다. 샘플은 수은 아크 램프로부터의 365 nm의 대역 또는 다이오드 레이저의 405 nm의 라인 중 하나와 직접 여기된다. 시료로부터 방출되는 빛은 초점 렌즈에 의해 수집 렌즈에 의해 듀어에서 방출 샘플에서 직접 픽업 및 분광기의 입구 슬릿에 충돌된다됩니다. 조사에서 루테늄 및 로듐 단지의 샘플은 산소 포화 용액에 10 -3 -10 -4 M 용질 ~의 분광 연구 얇은 필름에 대 한 준비가되어 있습니다. 솔루션은 작은 구리 와이어 루프의 표면 장력에 의해 개최 (~ 3mm 루프 직경의 0.0150에서 형성. 디아. 구리 와이어). 열전대 접합 높이는 다음 adjuste되고(D)도 2 및도 3에 도시 된 바와 같이 샘플의 높이 (H = H 열전대 샘플)과 시료 루프에 근접 같다 그래서. 온도는 열전대 샘플 접합 하이 임피던스 디지털 전압계를 사용하여 A 형 T 구리 / 콘스 탄탄 열전대위한 전압 테이블 대 온도에 비해 0 ° C의 물 / 얼음 열전대 기준 접점 사이의 전압 차이를 측정함으로써 결정된다. 와이어 루프의 캡쳐 된 박막 시료 용액은 광 듀어 액체 질소에서 빠르게 동결 플래시 침지한다. 이어서 냉동 솔루션들은 발광 스펙트럼은 온도의 함수로서 측정되는 동안 동결 남은 시간 동안 매우 서서히 가온된다. 온도 데이터에 비해 발광 강도는 다음의 모델에 따라 분석된다. 온도에서 샘플의 전체 발광 강도 &lt;EM&gt; T는 산소 및 unoxygenated 착체 인한 강도의 합으로 주어진다 : <img alt="식 (2)" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq2.jpg" /> . (1) 산소없이 착물로부터 발광 강도는 온도에 독립적 인 것으로 가정된다. 그러나, 산소 복합체의 발광 강도로 인해 산소 담금질 온도가 증가함에 따라 지수 적으로 감소한다. 이는 폼의 아 레니 우스 식에 의해 설명 될 수 있습니다 <img alt="식 (3)" fo:vertical-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq3.jpg" /> . (2) 수학 식 (2), E (A)는 급냉 활성화 에너지이고, k는 볼츠만 상수이다. 최대 발광 강도가 낮은 온도 영역에서 관찰되며, 여기서, t (도 5 참조)<html> 여기 소광 활성화 장벽을 극복하기위한 충분한 열 에너지 (즉, 산소 복합체에서의 에너지 전달). (2) 식을 수학 식에 대입하면 (1) 식 <img alt="식 (5)" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq5.jpg" /> (삼) 수득된다. 수학 식 (3) <img alt="식 (6)" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq6.jpg" /> 저온 영역에서의 산소 복합체에서 발생하는 강도를 나타낸다. 식의 재 배열 (3) 수율 <img alt="식 (7)" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq7.jpg" /> . (4) 방정식의 양쪽의 자연 대수를 촬영 (4) 식을 준다 7eq8.jpg &quot;/&gt;. (5) 식 (5)는 분명하다의 플롯 <img alt="식 (9)" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq9.jpg" /> 대 <img alt="식 (10)" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq10.jpg" /> 함께 직선을 줄 것이다 <img alt="식 (11)" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq11.jpg" /> , 이로부터 발광 소광 활성화 에너지는 다음과 같이 얻어진다 <img alt="식 (12)" fo:display-align="middle" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq12.jpg" /> . (6)

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="819">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Diode laser 405 nm</td>
			<td style="width:189px;">Generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:295px;">Generic pencil-type laser pointer for luminescence excitation: 5 mW at 405 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Quartz optical dewar</td>
			<td style="width:189px;">Custom fabrication</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>3.5 cm id. X 25.0 cm length with 4.5 cm unsilvered region for optical access</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Programmable 5 1/2 digit DMM</td>
			<td style="width:189px;">Keithley</td>
			<td style="width:119px;">Model 192</td>
			<td>High impedence DMM for reading thermocouple voltages</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Copper thermocouple wire</td>
			<td style="width:189px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">SPCP-010</td>
			<td>0.010 in. diameter bare copper thermocouple wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Constantan thermocouple wire</td>
			<td style="width:189px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">SPCC-010</td>
			<td>0.010 in. diameter bare Constantan (copper/nickel) thermocouple wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Polychromator/Spectrograph</td>
			<td style="width:189px;">Jarrell-Ash</td>
			<td style="width:119px;">82-415</td>
			<td>0.25 m Ebert monochromator with back slit assembly removed to enable operation as a polychromator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">CCD camera</td>
			<td style="width:189px;">Andor</td>
			<td style="width:119px;">DV-401-UV</td>
			<td>Thermoelectrically cooled (-35 C) CCD camera for detecting emitted light</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Copper wire for sample loop</td>
			<td style="width:189px;">Generic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>0.0150 in. diameter bare copper wire for sample loop</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a simple dewar/cryostat for thermally equilibrating samples at known temperatures for accurate cryogenic luminescence measurements

작은 용융 실리카 광학 듀어, 열전쌍 조립체에 기초하여 간단한 액체 질소 듀어 병 / 저온 유지 장치와, CCD 분광기의 설계 및 동작을 설명한다. 이 듀어 / 저온 유지 장치를 설계하는 실험은 빠른 샘플 로딩, 빠른 샘플 동결, 샘플의 빠른 정렬, 정확하고 안정적​​인 샘플의 온도, 작은 크기와 듀어 / 저온 유지 장치 극저온 기기의 휴대 성을 필요로한다. 이 CCD 분광기의 빠른 데이터 수집 속도와 결합 할 때,이 듀어 / 저온 유지 장치는 77-300 K 범위에서 공지 안정된 온도의 시리즈에서 발광 샘플들에 극저온 발광 분광 측정을 지원할 수있다. 로듐 (III) 천이 금속 착체의 발광 산소 급냉 온도 - 의존성 연구이 듀어 / 저온 유지 장치로 조사 가능한 유형의 예로서 제시된다. 이 장치의 문맥, 극저온 spectros 안정적인 온도에서복사 열적 CCD에 의한 분광 측정의 짧은 시간 척도 (~ 1-10 초) 동안 (ΔT &lt;0.1 K)를 변화하지 않는 공지 측정 가능한 온도에서 액체 질소 또는 질소 가스 중 평형화 된 형광 샘플을 의미 . 듀어 / 저온 유지 장치는 H가 액체 질소 수준 상기 샘플의 높이 듀어 액체 질소 레벨 이상 개발 양극 열 구배 DT / DH을 이용하여 작동한다. 몇 시간 이상의 시간에서 천천히 증가하고,이 기간 동안 시료의 온도 T에서의 결과적인 증가 느린 액체 질소 결과의 느린 증발. 빠르게 취득한 발광 스펙트럼을 효과적으로 일정한 열적 평형 온도에서 샘플을 잡는다.

발광 화합물이 트리스 (4,7- 디메틸 -1,10- 페난 트롤 린) 로듐의 77-200 K 영역의 온도 의존성, 발광 소광 연구에 대한 상술 한 장치에서 얻어진 대표적인 결과 (III), Rh를 (4 7- 저이 -1,10- - 페닐) 3] 3+, 산소 포화 글리세린에 용해하기 표 1에 나열되고,도 4,도 5, 및도 7에 플롯된다. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> 온도 (K) </td><td> 상호 온도 (1 / K) </td><td><img alt="식 (15)" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq15.jpg" /></td></tr><tr><td> 163.02 </td><td> 0.006134 </td><td> -4.491 </td></tr><tr><td> 171.69 </td><td> 0.005824 </td><td> -3.216 </td></tr><tr><td> 177.30 </td><td> 0.005640 </td><td> -2.529 </td></tr><tr><td> 183.46 </td><td> 0.005451 </td><td> -1.922 </td></tr><tr><td> 187.15 </td><td> 0.005343 </td><td> -1.421 </td></tr><tr><td> 190.80 </td><td> 0.005241 </td><td> -1.056 </td></tr><tr><td> 194.39 </td><td> 0.005144 </td><td> -0.663 </td></tr><tr><td> 197.94 </td><td> 0.005052 </td><td> -0.394 </td></tr></tbody></table> [Rh를 (4,7-나 2 -1,10- - 페닐) 3] 3+ 냉동에서 글리세롤 유리에 대한 상호 켈빈 온도 대 담금질 표 1. 넓이. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig4.jpg" /> 그림 4. 복잡한 [의 Rh의 발광 스펙트럼 (4,7-나 2 -1,10- - 페닐) &lt;/ strong&gt;을 3] 3+ 온도의 함수로. (A.) 적갈색 = 118 K, (B). 녹색 = 171 K, (다.) 보라색 = 185 K, (D.) 청록색 = 194 K, ( 전자.) 오렌지 = 198 K,의 (f.) 회색 = 203 K, (g.) 갈색 = 227 K, (시간.) 234 = 파란색 K.는 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig5.jpg" /> 그림 5. 피크 발광 강도들을 [Rh를 (4,7-나 2 -1,10- - 페닐) 3] 3+ 활성화 에너지 계산을 분석. 발광 데이터 집합 빨간색으로 박스입니다.에 대한 온도의 함수로서 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig5large.jpg" target="_blank">경기 수</a>쉽게이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 이 복합체의 구조는도 6에 도시된다. <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig6.jpg" /> 발광 T RIS (4,7- 디메틸 -1,10- 페난 트롤 린) 로듐도 6의 분자 구조 (III) 단지, [Rh를 (4,7- 저이 -1,10- - 페닐) 3] 3+. 내게 메틸, 페닐 = 페난 트롤 린을 =, 숫자 (선분으로 표시) 페난 트롤 린 고리에 메틸 치환기의 위치를 참조하십시오. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 표 1 및도 4 및도 5에 도시 된 바와 같이 N-페이지 = &quot;1&quot;&gt; 발광 강도는 본질적으로 일정한 175 K 77 K에서 유지하고 점진적으로 175 K K. 240에서 온도가 증가함에 따라 감소 의 식 (5), 플롯에서 <img alt="식 (13)" src="/files/ftp_upload/54267/54267eq13.jpg" /> 담금질의 정도를 나타내는 파라미터 대 역수 켈빈 온도 (1 / T)은 31.5 킬로 / 몰의 산소 발광 소광 활성화 에너지가 복잡한 계산되는 직선 (R 2 = 0.9988)을 수득 용매 글리세롤 (도 7 참조). <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/54267/54267fig7.jpg" /> 가야의 넓이의 자연 로그의 그림 7. 아 레니 우스 플롯 (R 2 = 0.998)상호 켈빈 온도 대 nching. 발광 샘플은 산소입니다 ~ 10-4 M [Rh를 (4,7-나 2 -1,10- - 페닐) 3] 3+ (Rh를이 = 로듐, 내게 메틸, 페닐 = 페난 트롤 린 =) 용매는 글리세롤 및 발광 소광 활성화 에너지 E &#39;인 플롯으로부터 계산 31.5 킬로 / 몰이고; = 0.9988. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54267/54267fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 표 2에서,이 방법에 의해 얻어진, 나열되어, 여러 가지 다른 관련 단지에 대한 값을 후 이메일. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> 화합물 </td><td> E의 A (kJ의 / 몰) </td><td> R 2 </td></tr><tr><td> [Rh를 (5,6- 나2 -phen) 3] 3+ </td><td> 31.20 </td><td> 0.9922 </td></tr><tr><td> [Rh를 (4,7-나 2 -phen) 3] 3+ </td><td> 31.50 </td><td> 0.9980 </td></tr><tr><td> [Rh를 (3,4,7,8-나 4 -phen) 3] 3+ </td><td> 30.60 </td><td> 0.9907 </td></tr><tr><td> [의 Ru (2,2&#39;- 비 피리 딜) 3] 2+ </td><td> 15.27 </td><td> 0.9955 </td></tr></tbody></table> 발광 담금질 활성화 가능 에너지 Rh를위한 산소 및 값에 의한 표 2 (III) 및 글리세롤에서의 Ru (II) 단지. 저자가 아는 한 결과와 직접 비교할 수있는 다른 데이터 (5), 관련 분자 서로 식의 실험 데이터의 형태, 강한 내부 일관성을 제공 evidenc 없지만이 장치와 절차를 성공적으로 분석 할 수 정확한 열 평형 온도 샘플을 제조 예. 상기 장치에서, 감열 기록 교정 참조한 이러한 증거는 발광 스펙트럼이 획득되는 동안의 샘플 온도는 샘플 전체에 알려진 일정한 것을 나타낸다.

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A Simple Dewar/Cryostat for Thermally Equilibrating Samples at Known Temperatures for Accurate Cryogenic Luminescence Measurements

A simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus comprised of a small fused silica optical Dewar, a thermocouple, and a charge-coupled device (CCD) spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, freezing, and alignment, accurate and stable sample temperatures, and small size/portability.

정확한 극저온 발광 측정을위한 알려진 온도에서 열적으로 평형화 샘플에 대한 간단한 듀어 /의 저온

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and ...

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Nanyang Technological University

Research

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Engineering

9.5K 조회수.  Concordia University. A simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus comprised of a small fused silica optical Dewar, a thermocouple, and a charge-coupled device (CCD) spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, freezing, and alignment, accurate and stable sample temperatures, and small size/portability.

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Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

The physical properties of a material are defined by its electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;) and momentum (k) and the probability to find them in a particular state with given &omega; and k is described by the spectral function A(k, &omega;). This function can be directly measured in an experiment based on the well-known photoelectric effect, for the explanation of which Albert Einstein received the Nobel Prize back in 1921. In the photoelectric effect the light shone on a surface ejects electrons from the material. According to Einstein, energy conservation allows one to determine the energy of an electron inside the sample, provided the energy of the light photon and kinetic energy of the outgoing photoelectron are known. Momentum conservation makes it also possible to estimate k relating it to the momentum of the photoelectron by measuring the angle at which the photoelectron left the surface. The modern version of this technique is called Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (ARPES) and exploits both conservation laws in order to determine the electronic structure, i.e. energy and momentum of electrons inside the solid. In order to resolve the details crucial for understanding the topical problems of condensed matter physics, three quantities need to be minimized: uncertainty* in photon energy, uncertainty in kinetic energy of photoelectrons and temperature of the sample.
In our approach we combine three recent achievements in the field of synchrotron radiation, surface science and cryogenics. We use synchrotron radiation with tunable photon energy contributing an uncertainty of the order of 1 meV, an electron energy analyzer which detects the kinetic energies with a precision of the order of 1 meV and a He3 cryostat which allows us to keep the temperature of the sample below 1 K. We discuss the exemplary results obtained on single crystals of Sr2RuO4 and some other materials. The electronic structure of this material can be determined with an unprecedented clarity.

The overall goal of this method is to determine the low-energy electronic structure of solids at ultra-low temperatures using Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy with synchrotron radiation.

울트라 낮은 온도에서 각도 - 해결 Photoemission 분광법

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

연구

공학

Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. Thus, understanding of spatial variations in composition as well as electrical properties of OPV materials is of paramount importance for moving PV technology forward.1,2 In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution. Currently, materials properties measurements performed using commercially available AFM-based techniques (PeakForce, conductive AFM) generally provide only qualitative information. The values for resistance as well as Young's modulus measured using our method on the prototypical ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM system correspond well with literature data. The P3HT:PC61BM blend separates onto PC61BM-rich and P3HT-rich domains. Mechanical properties of PC61BM-rich and P3HT-rich domains are different, which allows for domain attribution on the surface of the film. Importantly, combining mechanical and electrical data allows for correlation of the domain structure on the surface of the film with electrical properties variation measured through the thickness of the film.

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution.

동시 수량 전도성과 AFM을 사용하여 유기 태양 광 재료의 기계적 성질 측정

Organic photovoltaic  (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale  inhomogeneity of OPV materials affects performance ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

극단적 인 압력과 온도에서 합성 부위 회절

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats &amp; Spheres

Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial shape (i.e., surface figure), will converge to final surface figure with excellent surface quality under a fixed, unchanging set of polishing parameters in a single polishing iteration. In contrast, conventional full aperture polishing methods require multiple, often long, iterative cycles involving polishing, metrology and process changes to achieve the desired surface figure. The Convergent Polishing process is based on the concept of workpiece-lap height mismatch resulting in pressure differential that decreases with removal and results in the workpiece converging to the shape of the lap. The successful implementation of the Convergent Polishing process is a result of the combination of a number of technologies to remove all sources of non-uniform spatial material removal (except for workpiece-lap mismatch) for surface figure convergence and to reduce the number of rogue particles in the system for low scratch densities and low roughness. The Convergent Polishing process has been demonstrated for the fabrication of both flats and spheres of various shapes, sizes, and aspect ratios on various glass materials. The practical impact is that high quality optical components can be fabricated more rapidly, more repeatedly, with less metrology, and with less labor, resulting in lower unit costs. In this study, the Convergent Polishing protocol is specifically described for fabricating 26.5 cm square fused silica flats from a fine ground surface to a polished ~&#955;/2 surface figure after polishing 4 hr per surface on a 81 cm diameter polisher.

Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats & Spheres

A novel optical polishing process, called &#8220;Convergent Polishing&#8221;, which enables faster, lower cost polishing, is described. Unlike conventional polishing processes, Convergent Polishing allows a glass workpiece to be polished in a single iteration and with high surface quality to its final surface figure without requiring changes to polishing parameters.

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Convergent Polishing is a novel polishing system and method for finishing flat and spherical glass optics in which a workpiece, independent of its initial ...

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to a different substrate by utilizing elastomeric stamps. Transfer printing enables the integration of heterogeneous materials to fabricate unexampled structures or functional systems that are found in recent advanced devices such as flexible and stretchable solar cells and LED arrays. While transfer printing exhibits unique features in material assembly capability, the use of adhesive layers or the surface modification such as deposition of self-assembled monolayer (SAM) on substrates for enhancing printing processes hinders its wide adaptation in microassembly of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. To overcome this shortcoming, we developed an advanced mode of transfer printing which deterministically assembles individual microscale objects solely through controlling surface contact area without any surface alteration. The absence of an adhesive layer or other modification and the subsequent material bonding processes ensure not only mechanical bonding, but also thermal and electrical connection between assembled materials, which further opens various applications in adaptation in building unusual MEMS devices.

This paper introduces a 3D additive micromanufacturing strategy (termed &#8216;micro-masonry&#8217;) for the flexible fabrication of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. This approach involves transfer printing-based assembly of micro/nanoscale materials in conjunction with rapid thermal annealing-enabled material bonding techniques.

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic recording of image sequences. The basic components, features, constraints and optimization tips of a 3D-PTV topology consisting of a high-speed camera with a four-view splitter are described and discussed in this article. The technique is applied to the intermediate flow field (5 &#60;x/d &#60;25) of a circular jet at Re &#8776; 7,000. Lagrangian flow features and turbulence quantities in an Eulerian frame are estimated around ten diameters downstream of the jet origin and at various radial distances from the jet core. Lagrangian properties include trajectory, velocity and acceleration of selected particles as well as curvature of the flow path, which are obtained from the Frenet-Serret equation. Estimation of the 3D velocity and turbulence fields around the jet core axis at a cross-plane located at ten diameters downstream of the jet is compared with literature, and the power spectrum of the large-scale streamwise velocity motions is obtained at various radial distances from the jet core.

A three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) system based on a high-speed camera with a four-view splitter is described here. The technique is applied to a jet flow from a circular pipe in the vicinity of ten diameters downstream at Reynolds number Re &#8776; 7,000.

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

발광 기반 습도 센서와 같은 나노 구조 AG-제올라이트 복합

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Measuring the Densities of Aqueous Glasses at Cryogenic Temperatures

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid cooling, to prepare the desired cryogenic temperature phase. Microliter to picoliter size drops are cooled by projection into a liquid nitrogen-argon (N2-Ar) mixture. The cryogenic temperature phase of the drop is evaluated using a visual assay that correlates with X-ray diffraction measurements. The density of the liquid N2-Ar mixture is adjusted by adding N2 or Ar until the drop becomes neutrally buoyant. The density of this mixture and thus of the drop is determined using a test mass and Archimedes principle. With appropriate care in drop preparation, management of gas above the liquid cryogen mixture to minimize icing, and regular mixing of the cryogenic mixture to prevent density stratification and phase separation, densities accurate to &#60;0.5% of drops as small as 50 pL can readily be determined. Measurements on aqueous cryoprotectant mixtures provide insight into cryoprotectant action, and provide quantitative data to facilitate thermal contraction matching in biological cryopreservation.

A protocol for determining the vitreous phase densities of micro- to pico-liter size drops of aqueous mixtures at cryogenic temperatures is described.

극저온에서 수성 유리의 밀도 측정

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid ...

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued development of nanocrystalline metals. Despite these efforts, the transition of these materials from the lab bench to actual applications has been blocked by the inability to produce large scale parts that retain the desired nanocrystalline microstructures. Following the development of a method proven to stabilize the nanosized grain structure to temperatures approaching that of the melting point for the given metal, the US Army Research Laboratory (ARL) has progressed to the next stage in the development of these materials - namely the production of large scale parts suitable for testing and evaluation in a range of relevant test environments. This report provides a broad overview of the ongoing efforts in the processing, characterization, and consolidation of these materials at ARL. In particular, focus is placed on the methodology used for producing the nanocrystalline metal powders, in both small and large-scale amounts, that are at the center of ongoing research efforts.

This paper provides a brief overview of the ongoing efforts at the Army Research Laboratory on the processing of bulk nanocrystalline metals with an emphasis on the methodologies used for the production of the novel metal powders.

미국 육군 연구소에서 대량 Nanocrystalline 금속 처리

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...

Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor materials, especially SiC. In principle, excess carriers in the semiconductor generated via excitation recombine with time and, subsequently, return to the equilibrium state. The time constant of this recombination is known as the carrier lifetime, an important parameter in semiconductor materials and devices that requires a noncontact and nondestructive measurement ideally achieved by the &#956;-PCD. During irradiation of a sample, a part of the microwave is reflected by the semiconductor sample. Microwave reflectance depends on the sample conductivity, which is attributed to the carriers. Therefore, the time decay of excess carriers can be observed through detection of the reflected microwave intensity, whose decay curve can be analyzed for estimation of the carrier lifetime. Results confirm the suitability of the &#956;-PCD protocol in measuring the carrier lifetime in semiconductor materials and devices.

As one of the important physical parameters in semiconductors, carrier lifetime is measured herein via a protocol employing the microwave photoconductivity decay method.

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor ...