The authors have no acknowledgements.

<ol>
	<li>Barth, J. V., Costantini, G., Kern, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+atomic+and+molecular+nanostructures+at+surfaces.">Engineering atomic and molecular nanostructures at surfaces.</a> Nature. 437, 671-679 (2005).</li><li>Otero, R., Rosei, F., Besenbacher, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+tunneling+microscopy+manipulation+of+complex+organic+molecules+on+solid+surfaces.">Scanning tunneling microscopy manipulation of complex organic molecules on solid surfaces.</a> Annu. Rev. Phys. Chem. 57, 497-525 (2006).</li><li>Urgel, J. I., Ecija, D., Auw&#228;rter, W., Barth, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Manipulation+of+Gadolinium+Coordinated+Supramolecules+by+Low-Temperature+Scanning+Tunneling+Microscopy.">Controlled Manipulation of Gadolinium Coordinated Supramolecules by Low-Temperature Scanning Tunneling Microscopy.</a> Nano Lett. 14, 1369-1373 (2014).</li><li>Fournier, N., Wagner, C., Weiss, C., Temirov, R., Tautz, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force-controlled+lifting+of+molecular+wires.">Force-controlled lifting of molecular wires.</a> Phys. Rev. B. 84, 035435 (2011).</li><li>Wagner, C., Fournier, N., Tautz, F. S., Temirov, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+Binding+Energies+of+the+Organic-Metal+Perylene-Tetracarboxylic-Dianhydride/Au(111)+Bonds+by+Molecular+Manipulation+Using+an+Atomic+Force+Microscope.">Measurement of the Binding Energies of the Organic-Metal Perylene-Tetracarboxylic-Dianhydride/Au(111) Bonds by Molecular Manipulation Using an Atomic Force Microscope.</a> Phys. Rev. Lett. 109 (7), 076102 (2012).</li><li>Wagner, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-additivity+of+molecule-surface+van+der+Waals+potentials+from+force+measurements.">Non-additivity of molecule-surface van der Waals potentials from force measurements.</a> Nat. Commun. 5, 5568 (2014).</li><li>Green, M. F. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterning+a+hydrogen-bonded+molecular+monolayer+with+a+hand-controlled+scanning+probe+microscope.">Patterning a hydrogen-bonded molecular monolayer with a hand-controlled scanning probe microscope.</a> Beilstein Journal of Nanotechnology. 5, 1926-1932 (2014).</li><li>Leinen, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+reality+visual+feedback+for+hand-controlled+scanning+probe+microscopy+manipulation+of+single+molecules.">Virtual reality visual feedback for hand-controlled scanning probe microscopy manipulation of single molecules.</a> Beilstein J. 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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kondo+effect+by+controlled+cleavage+of+a+single-molecule+contact.">Kondo effect by controlled cleavage of a single-molecule contact.</a> Nanotechnology. 19 (6), 065401 (2008).</li><li>Gl&#246;ckler, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+ordered+structures+and+submolecular+scanning+tunnelling+microscopy+contrast+of+PTCDA+and+DM-PBDCI+monolayers+on+Ag(111)+and+Ag(110).">Highly ordered structures and submolecular scanning tunnelling microscopy contrast of PTCDA and DM-PBDCI monolayers on Ag(111) and Ag(110).</a> Surf. Sci. 405 (1), 1-20 (1998).</li><li>Simon, G. H., Heyde, M., Rust, H. -. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recipes+for+cantilever+parameter+determination+in+dynamic+force+spectroscopy:+spring+constant+and+amplitude.">Recipes for cantilever parameter determination in dynamic force spectroscopy: spring constant and amplitude.</a> Nanotechnology. 18 (25), 255503 (2007).</li><li>Rohlfing, M., Temirov, R., Tautz, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+structure+and+scanning+tunneling+data+of+a+prototype+organic-inorganic+interface+PTCDA+on+Ag+(111).">Adsorption structure and scanning tunneling data of a prototype organic-inorganic interface PTCDA on Ag (111).</a> Phys. Rev. B. 76 (11), 115421 (2007).</li><li>Guthold, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Manipulation+of+Molecular+Samples+with+the+nanoManipulator.">Controlled Manipulation of Molecular Samples with the nanoManipulator.</a> IEEE/ASME Trans. Mechatronics. 5 (2), 189-198 (2000).</li></ol>

The authors have nothing to disclose and no competing financial interests.

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 &quot;오프라인&quot;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 &quot;학습&quot;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.

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. &quot;손으로 제어 조작&quot;(HCM)의 장점은 t에그는 신속하게 다른 조작 궤적을 시도하고 자신의 실패 또는 성공에서 배울 수있는 실험의 능력. HCM의 설정은 단어 ( &quot;Jülich의&quot;)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. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig2.jpg" /> 도 2 음차 센서. PTIR 장착 팁과 상용 음차 센서의 (a) 이미지. (b)는 FIB로 절단 PTIR 팁 정점의 SEM 이미지. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54506/54506fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 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 =. 도 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 X는 유 Y, 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 <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig3.jpg" /> 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. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54506/54506fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 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 &quot;TipControl&quot;에 전달됩니다. 4는 그래픽 사용자 인터페이스의 스크린 샷을 보여줍니다. 이 소프트웨어는 윈도우의 &quot;시작&quot;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) <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/54506/54506eq1.jpg" /> 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 &quot;일시 중지&quot;버튼을 소프트웨어 창을 누를 때 순간 0으로 설정 1. 모든 페이지 (t)를 설정한다. 즉, 일시적으로 선단부의 위치를 ​​&quot;고정&quot;하기 위해 조작 할 수있다. 소프트웨어 창에서 &quot;모두 다시 설정&quot;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 &quot;RVS을 수동으로 명령&quot;<html> , 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). <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig4.jpg" /> 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 &quot;시작&quot;그림에 표시된 방식에 따라 MCS, TipControl와 RVS 사이의 데이터 흐름을 시작합니다 3. 버튼 &quot;일시 중지&quot;데이터 흐름을 정지합니다. 버튼 &quot;모든 재설정&quot;는 영 (0)에 전압 모든 RVS을 설정합니다.= &quot;https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54506/54506fig4large.jpg&quot;대상 = &quot;_ 빈&quot;&gt;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 &quot;VRinterface&quot;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. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig5.jpg" /> 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. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54506/54506fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>LN2</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>caution: cryogenic liquid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LHe</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>caution: cryogenic liquid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTCDA</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>caution: irritating substance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Knudsen cell (K-cell)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ErLEED</td>
			<td>Specs</td>
			<td></td>
			<td>used with power supply ErLEED 1000A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>combient LT NC-AFM/STM</td>
			<td>Createc</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPlus sensor</td>
			<td>Createc</td>
			<td></td>
			<td>TFS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>preamplifier&#160;</td>
			<td>Createc</td>
			<td></td>
			<td>amplifier for tuning forc signal fixed to LN2 shield (stage 1)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low-Noise Voltage Preamplifier</td>
			<td>Standford Research System</td>
			<td>SR560</td>
			<td>external amplifier for tuning forc signal (stage 2)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable Gain Low Noise Current Amplifier</td>
			<td>Femto</td>
			<td>DLPCA-200</td>
			<td>amplifier for tunneling current</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bonita</td>
			<td>Vicon</td>
			<td>B10, SN: MXBN-0B10-3658</td>
			<td>MCS IR camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Apex Interaction Device</td>
			<td>Vicon</td>
			<td>SN: AP0062</td>
			<td>MCS trackable object (TO)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MX Calibration Wand</td>
			<td>Vicon</td>
			<td></td>
			<td>MCS calibration object</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tracker</td>
			<td>Vicon</td>
			<td></td>
			<td>MCS software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BS series voltage supply</td>
			<td>stahl-electronics</td>
			<td>BS 1-4</td>
			<td>RVS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>summing amplifier&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom, gain 1, based on operational amplifier TL072</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oculus Rrift Development Kit 2</td>
			<td>Oculus VR</td>
			<td></td>
			<td>HMD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TipControl</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom-written software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VRinterface</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom-written software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

hand controlled manipulation of single molecules via a scanning probe microscope with a 3d virtual reality interface

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 &quot;손 제어 조작&quot;(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.

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 &quot;쓰기 오류&quot;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 &quot;박리&quot;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. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig1.jpg" /> 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. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54506/54506fig1large.jpg" target="_blank">여기를 클릭하십시오</a><html> 이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig6.jpg" /> 도 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 &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig7.jpg" /> 그림 7. 주파수 응답 스펙트럼. 표시됨이 튜닝 포크 센서 (TFS) Q 인자 값을 해당 UHV에서 5 K.에서 측정의 주파수 응답입니다 약 70,000. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54506/54506fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig8.jpg" /> 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. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54506/54506fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig9.jpg" /> 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 &quot;쓰기 오류&quot;를 해결하기 위해 만든 조작의 순서를 보여줍니다. (참조에서 적응. 7) <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54506/54506fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig10.jpg" /> 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. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54506/54506fig10large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig11.jpg" /> 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) 및 (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) <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54506/54506fig11large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

We demonstrate the precise manipulation of individual organic molecules on a metal surface with the tip of a scanning probe microscope driven in 3D by the experimenter's hand using a motion capture system and fully immersive virtual reality goggles.

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

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

hand-controlled-manipulation-single-molecules-via-scanning-probe

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

8.9K 조회수.  Forschungszentrum Jülich. We demonstrate the precise manipulation of individual organic molecules on a metal surface with the tip of a scanning probe microscope driven in 3D by the experimenter's hand using a motion capture system and fully immersive virtual reality goggles.

비디오: Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

연구

공학

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular organelles 2,3, as well as for high spatial and temporal resolution readout of their position relative to the center of the trap. The system described herein has one such "traditional" trap operating at 980 nm. It additionally provides a second optical trapping system that uses a commercially available holographic package to simultaneously create and manipulate complex trapping patterns in the field of view of the microscope 4,5 at a wavelength of 1,064 nm. The combination of the two systems allows for the manipulation of multiple refractive objects at the same time while simultaneously conducting high speed and high resolution measurements of motion and force production at nanometer and piconewton scale.

The system described herein employs a traditional optical trap as well as an independent holographic optical trapping line, capable of creating and manipulating multiple traps. This allows for the creation of complex geometric arrangements of refractive particles while also permitting simultaneous high-speed, high-resolution measurements of the activity of biological enzymes.

기존 및 홀로 그래픽 광학 트래핑 기능과 고해상도 현미경의 구조

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the electronic quantum structure of small systems - including individual atomic dopants in semiconductors. Here we present a capacitance-based method, known as Subsurface Charge Accumulation (SCA) imaging, which is capable of resolving single-electron charging while achieving sufficient spatial resolution to image individual atomic dopants. The use of a capacitance technique enables observation of subsurface features, such as dopants buried many nanometers beneath the surface of a semiconductor material1,2,3. In principle, this technique can be applied to any system to resolve electron motion below an insulating surface.
As in other electric-field-sensitive scanned-probe techniques4, the lateral spatial resolution of the measurement depends in part on the radius of curvature of the probe tip. Using tips with a small radius of curvature can enable spatial resolution of a few tens of nanometers. This fine spatial resolution allows investigations of small numbers (down to one) of subsurface dopants1,2. The charge resolution depends greatly on the sensitivity of the charge detection circuitry; using high electron mobility transistors (HEMT) in such circuits at cryogenic temperatures enables a sensitivity of approximately 0.01 electrons/Hz&frac12; at 0.3 K 5.

Scanning-probe single-electron capacitance spectroscopy facilitates the study of single-electron motion in localized subsurface regions. A sensitive charge-detection circuit is incorporated into a cryogenic scanning probe microscope to investigate small systems of dopant atoms beneath the surface of semiconductor samples.

스캐닝 프로브 단일 전자 용량 분광학

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

Single Plane Illumination Module and Micro-capillary Approach for a Wide-field Microscope

A module for light sheet or single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and optimized for 3-dimensional cell cultures, e.g., multi-cellular tumor spheroids (MCTS). The SPIM excitation module shapes and deflects the light such that the sample is illuminated by a light sheet perpendicular to the detection path of the microscope. The system is characterized by use of a rectangular capillary for holding (and in an advanced version also by a micro-capillary approach for rotating) the samples, by synchronous adjustment of the illuminating light sheet and the objective lens used for fluorescence detection as well as by adaptation of a microfluidic system for application of fluorescent dyes, pharmaceutical agents or drugs in small quantities. A protocol for working with this system is given, and some technical details are reported. Representative results include (1) measurements of the uptake of a cytostatic drug (doxorubicin) and its partial conversion to a degradation product, (2) redox measurements by use of a genetically encoded glutathione sensor upon addition of an oxidizing agent, and (3) initiation and labeling of cell necrosis upon inhibition of the mitochondrial respiratory chain. Differences and advantages of the present SPIM module in comparison with existing systems are discussed.

A module for single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and optimized for 3-dimensional cell cultures. The sample is located within a rectangular capillary, and via a microfluidic system fluorescent dyes, pharmaceutical agents or drugs can be applied in small quantities.

단일 평면 조명 모듈과 와이드 필드 현미경 용 마이크로 모세관 접근법

A module for light sheet or single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

개별 나노 입자의 3D 원소 매핑에 대한 에너지 분산 X 선 단층 촬영

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications of semiconductor materials. However, it is still under debate how the defect structure determines the band structure, and therefore, the recombination behavior of electron-hole pairs responsible for the optical and electrical properties of the extended defects. The present paper is a survey of procedures for the spatially resolved investigation of structural and of physical properties of extended defects in semiconductor materials with a scanning electron microscope (SEM). Representative examples are given for crystalline silicon. The luminescence behavior of extended defects can be investigated by cathodoluminescence (CL) measurements. They are particularly valuable because spectrally and spatially resolved information can be obtained simultaneously. For silicon, with an indirect electronic band structure, CL measurements should be carried out at low temperatures down to 5 K due to the low fraction of radiative recombination processes in comparison to non-radiative transitions at room temperature. For the study of the electrical properties of extended defects, the electron beam induced current (EBIC) technique can be applied. The EBIC image reflects the local distribution of defects due to the increased charge-carrier recombination in their vicinity. The procedure for EBIC investigations is described for measurements at room temperature and at low temperatures. Internal strain fields arising from extended defects can be determined quantitatively by cross-correlation electron backscatter diffraction (ccEBSD). This method is challenging because of the necessary preparation of the sample surface and because of the quality of the diffraction patterns which are recorded during the mapping of the sample. The spatial resolution of the three experimental techniques is compared.

The optical, electrical, and structural properties of dislocations and of grain boundaries in semiconductor materials can be determined by experiments performed in a scanning electron microscope. Electron microscopy has been used to investigate cathodoluminescence, electron beam induced current, and diffraction of backscattered electrons.

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual vortices is necessary in order to study how vortices interact with each other, with the lattice, and with other magnetic objects. Here, we present a protocol for vortex manipulation in thin superconducting films by local contact, without applying current or magnetic field. Vortices are imaged using a scanning superconducting quantum interference device (SQUID), and vertical stress is applied to the sample by pushing the tip of a silicon chip into the sample, using a piezoelectric element. Vortices are moved by tapping the sample or sweeping it with the silicon tip. Our method allows for effective manipulation of individual vortices, without damaging the film or affecting its topography. We demonstrate how vortices were relocated to distances of up to 0.8 mm. The vortices remained stable at their new location up to five days. With this method, we can control vortices and move them to form complex configurations. This technique for vortex manipulation could also be implemented in applications such as vortex based logic devices.

We present a protocol for manipulation of individual vortices in thin superconducting films, using local mechanical contact. The method does not include applying current, magnetic field or additional fabrication steps.

현지 연락처로 소용돌이 조작의 SQUID 연구를 스캔

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual ...

All-electronic Nanosecond-resolved Scanning Tunneling Microscopy: Facilitating the Investigation of Single Dopant Charge Dynamics

The miniaturization of semiconductor devices to scales where small numbers of dopants can control device properties requires the development of new techniques capable of characterizing their dynamics. Investigating single dopants requires sub-nanometer spatial resolution, which motivates the use of scanning tunneling microscopy (STM). However, conventional STM is limited to millisecond temporal resolution. Several methods have been developed to overcome this shortcoming, including all-electronic time-resolved STM, which is used in this study to examine dopant dynamics in silicon with nanosecond resolution. The methods presented here are widely accessible and allow for local measurement of a wide variety of dynamics at the atomic scale. A novel time-resolved scanning tunneling spectroscopy technique is presented and used to efficiently search for dynamics.

We demonstrate an all-electronic method to observe nanosecond-resolved charge dynamics of dopant atoms in silicon with a scanning tunneling microscope.

모든 전자 나노초 해결 주사 터널링 현미경: 촉진 단일 불순물 충전 역학 조사

The miniaturization of semiconductor devices to scales where small numbers of dopants can control device properties requires the development of new ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by employing an aberration-corrected scanning transmission electron microscope as the exposure tool. Here, we present results of single-digit nanometer patterning of two widely used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. The method achieves sub-5 nanometer features in poly (methyl methacrylate) and sub-10 nanometer resolution in hydrogen silsesquioxane. High-fidelity transfer of these patterns into target materials of choice can be performed using metal lift-off, plasma etch, and resist infiltration with organometallics.

We use an aberration-corrected scanning transmission electron microscope to define single-digit nanometer patterns in two widely-used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. Resist patterns can be replicated in target materials of choice with single-digit nanometer fidelity using liftoff, plasma etching, and resist infiltration by organometallics.

자리 나노미터 전자 빔 리소 그래피는 수 차 수정 스캐닝 전송 전자 현미경으로

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental techniques and methodologies. Here we use a novel home-built uniaxial-strain device integrated into our variable temperature scanning tunneling microscope that enables us to controllably manipulate in-plane uniaxial strain in samples and probe their electronic response at the atomic scale. Using scanning tunneling microscopy (STM) with spin-polarization techniques, we visualize antiferromagnetic (AFM) domains and their atomic structure in Fe1+yTe samples, the parent compound of iron-based superconductors, and demonstrate how these domains respond to applied uniaxial strain. We observe the bidirectional AFM domains in the unstrained sample, with an average domain size of ~50-150 nm, to transition into a single unidirectional domain under applied uniaxial strain. The findings presented here open a new direction to utilize a valuable tuning parameter in STM, as well as other spectroscopic techniques, both for tuning the electronic properties as for inducing symmetry breaking in quantum material systems.

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

Using uniaxial strain combined with spin-polarized scanning tunneling microscopy, we visualize and manipulate the antiferromagnetic domain structure of Fe1+yTe, the parent compound of iron-based superconductors.

단축 긴장 조작 Fe1 +Y테 스핀 편광 스캔 터널링 현미경을 사용 하 여 Antiferromagnetic 도메인의 시각화

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental ...