この作品は国立キー R

注: 実験を行った (図 1、) Au サポート NaCl(001) フィルムの吸着水分子の 5 K で超高真空 (UHV) 極低温 STM Nanonis 電子コント ローラー装備で。
1. 実験試料の作製
<ol><li>
Au (111) 単結晶をきれい
	<ol>
<li>〜 10-7 mbar の圧力にガスラインをポンプ、Ar ガスとガス ラインをフラッシュします。3 回ポンプ/フラッシュ サイクルを介してを置きます。 注: 各ポンプ/フラッシュ サイクルは約 30 分かかります。</li>
		<li>バー、ガスラインを透過する雰囲気を禁止する 2 の圧力に Ar ガスをガスのラインを入力します。</li>
		<li>超高真空チャンバーのマニピュレーターに取り付けられたヒーター ステージ上 au (111) 結晶を置く (1.4 × 10 の圧力を基本-10 mbar)。</li>
		<li>きれいに+ Ar イオンスパッタ リング 15 分間のサイクルで au (111) 単結晶 (p(Ar) = 5 × 10−5 mbar、1.0 kV、6 μ A) と 5 分間約 900 K でアニールします。 注: アニーリングの温度をゆっくりと減らしてください、金表面上ステップ エッジの高密度に形成されるそれ以外の場合。3-5 サイクルのスパッタリング/焼鈍が用いられている.</li>
		<li>STM スキャン段階に au (111) サンプルを転送し、stm (図 1bの差込み) 清浄度をチェックします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Au (111) 基板上の塩化ナトリウムの析出
	<ol>
<li>ドガの NaCl ソース。ゆっくりとソースの温度までクヌーセン セルに電流の増加に達する 670 k. ドガ NaCl ソース数回チャンバーの圧力が 4 × 10-9 mbar の下まで。 注: 現在の増加率は、1 × 10-8 mbar 以下室の圧力を維持するために、NaCl ソースのアウトガス速度によって異なります。</li>
		<li>マニピュレーターを au (111) サンプルを入れてサンプルをクヌーセン携帯のシャッターを直面させる Au サンプルの位置を調整します。 注: au (111) 基板の温度低減すること部屋の温度 (77 300 K) の下で冷却される液体窒素の連続的な流れを持つマニピュレーターの頭で</li>
		<li>ソースの温度が 640 K に達するまでクヌーセン細胞に電流を増加させ、シャッターを開く前に 5 分間安定蒸発フラックス。</li>
		<li>シャッターを開き、開催された 290 K 2 分の au (111) サンプルに NaCl を入金します。</li>
		<li>Au サポート NaCl サンプルをスキャン ステージ STM に転送します。カバレッジと STM (図 1b) を用いた au (111) 基板上に二層 NaCl(001) 島のサイズを確認します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>残りの不純物を除去する凍結融解のポンプ21真空下で水を浄化します。<ol>
<li>3 つのシールをガラス真空アダプターを準備します。水 H2O、D2O、D2O:HOD:H2O 同位体混合ソリューション (2 mL) を 3 つのアダプターに個別に配置し、ガス管線 (図 2) にアダプターをマウントします。 注: D2O:HOD:H2O 同位体混合は、10 分間超音波振動下の等しい金額を超純水 H2O と D2O を混合することによって取得できます。</li>
		<li>液体窒素と液体の水を凍結します。ガス管線凍結前に、~ 10-7 mbar の圧力にポンプでくまれることを確認します。</li>
		<li>隔膜のバルブを開き、15 分間大気をポンプ。隔膜のバルブを閉じ、ソリューションを解凍します。 注: それが融解するときに、ソリューションから気泡が進化します。 注意:ひとりでに凍結溶媒解凍をしましょう。水浴とソリューションを融解、ガラス容器を破る可能性があります。凍結してソリューションをすばやく解凍するには、金属の容器でソリューションが表示されていないのに金属超高真空アダプター ガラス真空アダプターを取り付けます。</li>
		<li>気泡進化ないソリューションからソリューションの解凍までの手順 1.3.2-1.3.3 を繰り返します。凍結ポンプ融解サイクルを介して、少なくとも 3 回を置きます。</li>
		<li>ベローズ シール バルブを閉じて、真空中でガス管線のまま。隔膜のバルブを開き、水蒸気ガス ラインに記入をしましょう。</li>
	</ol>
</li>
	<li>線量水分子その場でサンプル表面に<ol>
<li>5 k. オープン リーク弁 STM 超高真空容器の圧力をゆっくりと増加 2 × 10-10 mbar にサンプルの温度を下げます。 注: シールドのシャッター ポイント注入の管を通して超高真空容器に水の分子の流れ。シャッターと (シールド) のサンプル間の距離は、約 6 cm です。STM 室の基本の圧力は、7 × 10-11 mbar より優れています。成膜速度は 0.01 二重 min-1についてです。</li>
		<li>シャッターを開きます。1 分 Au サポート NaCl 表面に水の分子を投与します。シャッターとリーク弁を閉じます。</li>
		<li>STM を用いた Au サポート NaCl(001) 表面における水分子のカバレッジを確認します。分離水モノマー フォーム サンプル表面 (図 1c)。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 塩素終端の先端の準備
<ol><li>電気化学的エッチング タングステン (W) チップを作製します。<ol>
<li>0.3 mm W 線 3 Mol/L 水酸化ナトリウム浸漬長約 2 mm エッチング ソリューションを配置します。</li>
		<li>NaOH 溶液に挿入されるプラチナ リング電極に関して W ワイヤーに潜在的な 5 V dc を適用します。</li>
		<li>中断された W ワイヤーが落ちたときは、エッチング プロセスを停止します。蒸留水やエタノールとエッチング W ヒントをクリーンアップします。スキャナーに W ヒントを転送します。 注: 電気化学的エッチング W ヒントは、交換の前に 1 年間使用できます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>電圧パルス (2-10 V) を適用し、制御手順をクラッシュ (0.25 0.4 nm) STM 探針 NaCl 表面の原子の塩素原子が解決されるまでに。 注: au (111) 表面の清浄地域の STM 探針でつついては。</li>
	<li>STM 探針を (図 3、) 1 つの Cl 原子の中心に置きます。V のセット ポイントを持つ近接で裸 STM 探針 NaCl 表面に近いをもたらす 5 mV と私を = = 5 n (図 3b)。</li>
	<li>オリジナルのセット ポイント (図 3c) にヒントを撤回し、同じエリアをスキャンします。改良された解像度と NaCl (図 3d 電子) の STM 像の欠落している Cl 原子 Cl ヒントの入手を確認してください。 注: 失敗した場合時折場合、たとえば、Cl 原子は STM に転送または複数の Cl/Na 原子吸着チップ。このような場合は、2.2 2.5 手順を繰り返します。</li>
</ol>3. 軌道イメージング水モノマーの
<ol><li>STM 探針電圧パルス (2-10 V) を形成し、クラッシュを制御 (0.25 0.4 nm) プロシージャ。</li>
	<li>10 NaCl(001) 表面に吸着した水分子をスキャン 5 K で 10 nm フレームによって nm</li>
	<li>1 つの個々 の水モノマーに焦点を当てるし、ズームインします。体系的な方法で、バイアスの機能として水モノマーをスキャン (-400-400 mV) とトンネル電流 (50-300 pA)。 注: 裸 STM 探最も高い占められたと (ホモ)、正と負のバイアス、それぞれ22に水の最も低い専有されていない (LUMO) 分子軌道が表示されます。一度先端が Cl で終わる、唯一ヒトが現れる (図 4、)、および LUMO 機能がアクセス可能なバイアスの範囲にわたって観測されていない (-400 から 400 mV mV)。大きなバイアス電圧下でも水の分子は振動励起による安定できません。</li>
</ol>4. 単一分子の振動分光
<ol><li>
デジタル ロックで、バイアスの分光モジュール (Nanonis 電子コント ローラー) のセットアップ
	<ol>
<li>
バイアス分光モジュールのセットアップ:現在を選択 LIX1 (ディ ・ dV スペクトル信号)、および LIX2 (d2私 dV2スペクトル信号) チャンネル。50 ms と設定時刻を設定、統合時間と滑らかなスペクトルを取得する掃引回 300 さんとして積分時間は増加します。異なった探針高さでバイアスの分光を Z オフセットを調整します。Z コント ローラー設定を保持がロックインが測定中に実行されるかどうかを確認します。 注:設定時間が定義として: バイアスの変更による一時的な影響を避けるためにデータを取得する開始する前に、次のレベルにバイアスを変更した後に待機する時間。統合時間を定義: その中にデータを取得し、平均時間。</li>
		<li>
ロックでモジュールの設定 注: 走査型トンネル分光法、ディ ・ dV と d2私/dV2スペクトル最初の復調でロックイン アンプを同時に使用して取得し、第 2 高調波のトンネルの現在、それぞれ。<ol>
<li>バイアスを調節して、現在の復調します。5-7 mV として、数百 Hz、変調振幅変調周波数を設定します。セット ポイント周波数と対応する第 2 高調波周波数で機械・電子ノイズがないことを確認します。</li>
			<li>
最初の高調波の位相を設定:Z コント ローラー モジュールに切り替えます。10 nm、フィードバックをオフにするには、ヒント リフトを設定します。ロックのモジュールに切り替えるし、ロックのボタン (緑色) をオンにします。オートは、最初の高調波位相し、位相を記録。自動位相の少なくとも 5 回を繰り返し、平均を取る。接合部の位相を得る平均の段階から 90 ° を引きます。</li>
			<li>
第二高調波の位相を設定:STM 探針 au (111) 基板上の位置し LIX 1 チャネルの選択対 1.5-1.5 V からバイアス分光掃引を開始、機能、Dy/dx 一緒にディ ・ dV スペクトルの微分を示します。スペクトルの顕著なピーク機能を検索し、バイアスとして対応するエネルギーを設定します。ロックのオン、トンネルで STM システムを保ちます。少なくとも 5 回の第 2 高調波自動フェーズをクリックし、平均を取る。 注: 第 2 高調波信号は通常非常に弱いので、位相が大きく変動します。信号の強度を高める先端の高さを小さくと、フェーズの変動にはるかに小さいなります (ある程度) と第二高調波の位相がより正確になります。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
D2O モノマーのチップ増強 IETS
	<ol>
<li>V = 100 mV の設定ポイントで Cl 先端水モノマーをスキャン = 50 pa.</li>
		<li>NaCl 面上 Cl チップを置き、バック グラウンド信号としてバイアス分光法を取る。水モノマーの Cl 先端を位置し、バイアス分光掃引を開始します。</li>
		<li>場合はディ ・ dV と d2私/水の dV2スペクトルは特徴のない、背景 NaCl 表面 (図 4c dの青の曲線) に従ってください。探針高さを小さくには、振動機能 (図 4c dの赤いカーブ) のスペクトルに現れるまでのオフセットの Z をチューニングします。 注: 長い積分時間 (1 秒 ~) IETS 測定用複数スイープを必要とします。D2O 水モノマー、設定バイアス範囲-360 から 360 mV mV。H2O/HOD 水モノマー、-475 からバイアスを掃引する 475 mV mV。D2O、H2O、HOD と比較すると、水モノマーより簡単に邪魔もスイープ距離 IETS 測定中です。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
H 接着強さ
	<ol>
<li>手順 4.2.2-4.2.3 を繰り返し、水モノマーの伸縮モードに集中するバイアス掃引範囲を調整します。水 D2O、H2O、HOD の IETS を提示し、 23で説明。</li>
		<li>水素結合を OH 伸縮振動周波数 (無料の OH 伸縮エネルギー) を基準にしてこの実験式の赤方偏移から変換することによって水素結合エネルギーを得る。 ΔH = 1.3 × √Δv (1) 注: ΔH は水素結合エネルギー、kJ/mol;Δvは cm-1にストレッチ モード、オハイオの赤方偏移です。による meV に水素結合の強さの単位を変換: 1 kj/mol = 10.4 meV/アトム。数量 Δvが要因によって掛けられるべき、ストレッチ モード OD に式 1 を適用する: v(OH)/ v(OD) = v(オハイオ州) とv(OD) がオハイオ州および自由の HOD 分子の周波数をストレッチ OD 1.3612それぞれ。</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. 分子操作
<ol><li>
水の四量体の構築 (図 5、)
	<ol>
<li>4 水モノマーを含む領域をスキャンします。V = 100 mV の設定ポイントで単量体の上に Cl 先端を位置 = 50 pa.V = 10 mV の設定点までの高さが低く先端水相互作用を強化する 150 pA を =。</li>
		<li>あらかじめデザインされた軌道に沿って Cl ヒントを移動します。初期のセット ポイントに先端を撤回し (V = 100 mV、私 = 50 pA)、水二量体が形成されていることを確認する同じエリアを再スキャンしています。</li>
		<li>水三量体、四量体を形成するステップ 5.1.1-5.1.2 を繰り返します。 注: 上記の操作プロセスは、Nanonis コント ローラーによって実現できる (スキャン コントロールに従って私モジュール)。スキャン コントロール フォローのセットアップ私のモジュール。 バイアス: 10 mV 速度: 500 pm/秒 Z ctrl Setpoint: 150 pA Z ctrl キーのオンオフを切り替える: 緑 待機時間: 1 秒 電流利得: LN 10 ^9 パス: レコード ボタンをクリックして、画像上に設計された軌跡を描画し、停止ボタンをクリックします。 実行ボタンをクリックし、STM 探針が移動の手順で setpoint であらかじめデザインされた軌道に沿って私モジュール。水モノマーを移動しない場合の操作中に (小さいバイアス、大きい電流) 先端の高さが低きます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
カイラリティの水四量体の切り替え (図 6)
	<ol>
<li>Cl チップで水四量体をスキャンします。V = 5 mV にセット ポイントを変更私 = 5 pA と水四量体の中心から少し先端を位置します。</li>
		<li>Z コント ローラー モジュール Z コント ローラーはオフに先端を持ち上げるように距離を定義 (例えば先端を持ち上げる:-230 pm)。Z コント ローラーのフィードバックをオフにします。水四量体に近いヒントをもたらす (~ 230 pm)。</li>
		<li>その四量体が 2 つの水素結合カイラリティ間可逆的な相互変換を受けているを示す 2 つの異なるレベルが表示されます現在のトレースを記録します。</li>
		<li>高いレベルでの現在のまま、Z コント ローラーのフィードバックに切り替えます。元のセット ポイントに先端を撤回 (V = 5 mV、私 = 5 pA)。V = 10 mV のセット ポイントと水テトラマーをスキャンし = 100 pA 水四量体のカイラル状態を確認します。</li>
		<li>水四量体高の現在のレベルでの対応するカイラル状態を確認する手順 5.2.1-5.2.4 の少なくとも 10 回を繰り返します。</li>
		<li>手順 5.2.1-を繰り返す 5.2.4 少なくとも 10 倍を残すが、現在低レベル水四量体の対応するカイラル状態を確認します。</li>
		<li>数百の切り替えイベントが含まれている 20 分間トンネルのトレースを記録します。</li>
		<li>四量体で、それぞれ現在のトレースの低、高レベルで過ごした時間の分布をプロットします。</li>
		<li>指数関数的減衰 (図 7) に配布を合わせてください。定数装着時間を得る。反転スイッチングの歩留まりに時定数です。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
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Sci. Rep. 64 (9), 381-451 (2009).</li><li>Brougham, D. F., Caciuffo, R., Horsewill, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coordinated+proton+tunnelling+in+a+cyclic+network+of+four+hydrogen+bonds+in+the+solid+state.">Coordinated proton tunnelling in a cyclic network of four hydrogen bonds in the solid state.</a> Nature. 397 (6716), 241-243 (1999).</li><li>Andreani, C., Colognesi, D., Mayers, J., Reiter, G. F., Senesi, 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+momentum+distribution+of+light+atoms+and+molecules+in+condensed+matter+systems+using+inelastic+neutron+scattering.">Measurement of momentum distribution of light atoms and molecules in condensed matter systems using inelastic neutron scattering.</a> Adv. Phys. 54 (5), 377-469 (2005).</li><li>Shen, Y. 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Phys. 11 (3), 235-239 (2015).</li><li>Thuermer, K., Nie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+hexagonal+and+cubic+ice+during+low-temperature+growth.">Formation of hexagonal and cubic ice during low-temperature growth.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110 (29), 11757-11762 (2013).</li><li>Shiotari, A., Sugimoto, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh-resolution+imaging+of+water+networks+by+atomic+force+microscopy.">Ultrahigh-resolution imaging of water networks by atomic force microscopy.</a> Nat. Commun. 8, (2017).</li><li>Terada, Y., Yoshida, S., Takeuchi, O., Shigekawa, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-space+imaging+of+transient+carrier+dynamics+by+nanoscale+pump-probe+microscopy.">Real-space imaging of transient carrier dynamics by nanoscale pump-probe microscopy.</a> Nat. Photonics. 4 (12), 869-874 (2010).</li><li>Yoshida, S., 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=Probing+ultrafast+spin+dynamics+with+optical+pump-probe+scanning+tunnelling+microscopy.">Probing ultrafast spin dynamics with optical pump-probe scanning tunnelling microscopy.</a> Nat. Nanotechnol. 9 (8), 588-593 (2014).</li><li>Mamin, H. J., 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=Nanoscale+nuclear+magnetic+resonance+with+a+nitrogen-vacancy+spin+sensor.">Nanoscale nuclear magnetic resonance with a nitrogen-vacancy spin sensor.</a> Science. 339 (6119), 557-560 (2013).</li><li>Staudacher, T., 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=Nuclear+magnetic+resonance+spectroscopy+on+a+(5-nanometer)3+sample+volume.">Nuclear magnetic resonance spectroscopy on a (5-nanometer)3 sample volume.</a> Science. 339 (6119), 561-563 (2013).</li><li>Aslam, N., 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=Nanoscale+nuclear+magnetic+resonance+with+chemical+resolution.">Nanoscale nuclear magnetic resonance with chemical resolution.</a> Science. 357 (6346), 67-71 (2017).</li></ol>

著者が明らかに何もありません。

プローブの内部構造、ダイナミクス、および水素の自由度に特に注意を払って、固体表面の吸着水分子の振動分光法にいくつかの実験手順は非常に重要であるが次の段落で説明します。
2 つの重要なステップに基づく水の分子軌道イメージングを実現します。まず、NaCl 絶縁膜を分離する Au 基板から電子的に水第 2 軌道ゲーティングの STM 探針の先端水結合による効果。A...

水の固体材料表面との相互作用の異質触媒作用, 光電, 電気化学, 腐食と潤滑らなどのさまざまな表面反応過程に関与しています。1,2,3一般に、界面の水、分光・回折を調査する手法が使われます赤外・ ラマン分光法など和周波発生 (SFG)、x 線回折装置 (XRD)、核磁気共鳴 (NMR)中性子散乱4,5,6,7,8。ただし、これらのメソッドは、空間分解能、スペクトル広帯域化と平均化効果の制限に苦しみます。
STM は、サブオングスト空間分解能、原子操作と単結合振動感度9,10、11,12を組み合わせたこれらの制限を克服するために有望な技術,13,14. STM この世紀の初めには、構造と固体表面3,15,16,17、上の水の動態を調査に広く適用されています。 18,19,20。また、STM に基づく振動分光法は二次微分微分コンダクタンスから取得でした (d2私/dV2)、非弾性電子トンネル分光法 (IETS) としても知られています。しかし、内部構造、すなわち水素結合、方向性を解決し、水の振動分光による信頼性の高いを取得まだ挑戦しています。主な困難はある水はそのフロンティア軌道は EFから遠く離れている閉じるシェル分子、従って STM 探針から電子ことができます貧しい信号対雑音比につながる水の分子共鳴状態にトンネルほとんど分子イメージングと分光法。
Au サポート NaCl(001) 薄膜に吸着した水 Cl 終了ヒント (図 1、)、5 K で基本圧力と超高真空 (UHV) 環境で実行されると STM による原子スケール調査のための理想的なシステムを提供します。8 × 10-11 mbar より。一方で、NaCl 絶縁膜は、水のネイティブ フロンティア軌道が保持され、分子の共鳴状態に存在する電子の有効期間が延長されるので Au 基板から電子的に水分子を分離します。その一方で、STM 探針が効果的にヒント水結合、特に先端は Cl 原子修飾を介した EFに向けた水のフロンティア軌道チューニングできます。これらの重要なステップは、高分解能軌道イメージングおよび水モノマーとクラスターの振動分光法を有効にします。さらに、水の分子は負荷電の Cl-ヒントと水の強力な静電的相互作用のための制御された方法で操作できます。
本報告では、サンプルと stm 観察の Cl 終了ヒントの準備手順はそれぞれ 1 と 2 のセクションで詳細に説明しました。セクション 3 ではイメージング、水モノマーおよび四量体の O H 方向性が解決される軌道をについて説明します。チップ増強 IETS は酸素・水素の伸張の赤方偏移から高精度単結合の制限で水の分子の振動モードと水素結合強度の測定の検出を可能にする、セクション 4 で導入されました。水の頻度。セクション 5 では、水テトラマーを構築して制御チップ操作によって切り替えることができる方法を示します。軌道イメージング、分光、および操作の手法に基づいて、同位体置換実験は、量子トンネルとゼロ点の動きなどの界面の水のプロトンの量子的性質を調査する実行できます。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:632px;" width="633">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Au(111) single crystal</td>
			<td style="width:131px;">MaTeck</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">NaCl</td>
			<td style="width:131px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right">450006</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Water, deuterium-depleted&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right">195294</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Deuterium oxide&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">364312</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sealed-off glass-UHV adapters</td>
			<td style="width:131px;">MDC vacuum products</td>
			<td align="right" style="width:119px;">46300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Diaphragm-sealed valve</td>
			<td style="width:131px;">any</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Bellows-sealed valve</td>
			<td style="width:131px;">any</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Leak valve</td>
			<td style="width:131px;">Kurt J. Lesker&#160;</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Scanning tunneling microscopy</td>
			<td style="width:131px;">CreaTec</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Electronic controller.</td>
			<td style="width:131px;">Nanonis&#160;</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tungsten wire</td>
			<td style="width:131px;">any</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>diameter:0.3 mm; purity: 99.95%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

probing the structure and dynamics of interfacial water with scanning tunneling microscopy and spectroscopy

水/固体界面の構築と多くの環境、生物物理、および技術プロセスで重要な役割を再生します。内部構造を解決して固体表面上に吸着した水分子の水素結合 (水素結合) ダイナミクスをプローブ光の質量と水素のサイズが小さいため大きな挑戦に残る水の科学の根本的な問題であります。走査型トンネル顕微鏡 (STM) は、サブオングスト空間解像度、単結合振動感度、原子・分子操作の機能のおかげで、これらの問題を攻撃するための有望なツールです。Cl 終了ヒントと水分子その場でAu (111) に投与により作製したサンプルから成っている設計の実験的システム-NaCl(001) 面をサポートします。水分子の本質的なフロンティア軌道が保持されますので、NaCl 絶縁膜は電子金属基板から水を分離します。Cl チップ先端水結合によるフェルミ準位 (EF) の近くに水の軌道をゲートし同様、1 つの水の分子の操作が容易になります。本稿は、submolecular 分解能イメージング、分子・原子の操作、および単一結合界面の水の振動分光学の詳細な方法を紹介します。これらの研究は、原子スケールで H 結合系を調査するための新しいルートを開きます。

図 1STM の実験装置の概略図を示します。まず、au (111) 基板はスパッタリングと超高真空チャンバーのサイクルをアニーリングによって掃除されます。きれいな au (111) サンプルは、表面層の原子が、hcp とヘリンボーン構造 (図 1bの差込み) を形成する fcc サイトを占める 22 × √3 再構成表面を示しま?...

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Probing the Structure and Dynamics of Interfacial Water with Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy

構造と走査型トンネル顕微鏡および分光法による界面の水のダイナミクスを調べる

ここでは、構造と界面の水 submolecular 分解能イメージング、分子操作、および単一結合振動分光法の観点から、原子スケールでのダイナミクスを検討するプロトコルを提案します。

Water/solid interfaces are ubiquitous and play a key role in many environmental, biophysical, and technological processes. Resolving the internal ...

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Chemical Bonding: Molecular Geometry and Bonding Theories

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8.7K ビュー.  Peking University. ここでは、構造と界面の水 submolecular 分解能イメージング、分子操作、および単一結合振動分光法の観点から、原子スケールでのダイナミクスを検討するプロトコルを提案します。

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Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox reactions. The Cu (I) complex of the peptide model of a Cu (I) binding metallochaperone protein, which includes the sequence MTCSGCSRPG (underlined is conserved), was determined in solution under inert conditions by NMR spectroscopy.
NMR is a widely accepted technique for the determination of solution structures of proteins and peptides. Due to difficulty in crystallization to provide single crystals suitable for X-ray crystallography, the NMR technique is extremely valuable, especially as it provides information on the solution state rather than the solid state. Herein we describe all steps that are required for full three-dimensional structure determinations by NMR. The protocol includes sample preparation in an NMR tube, 1D and 2D data collection and processing, peak assignment and integration, molecular mechanics calculations, and structure analysis. Importantly, the analysis was first conducted without any preset metal-ligand bonds, to assure a reliable structure determination in an unbiased manner.

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

The NMR-solution structure of a metallochaperone model peptide with Cu (I) was determined, and a detailed protocol from sample preparation and 1D and 2D data collection to a three-dimensional structure is described.

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox ...

化学

Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals leads to the formation of composite materials with unique properties. In addition, the undesirable process of biofouling is initiated by the adsorption of biomolecules, mainly proteins, on surfaces. This organic layer is an adhesion layer for bacteria and allows them to interact with the surface. Understanding the fundamental forces that govern the interactions at the organic-inorganic interface is therefore important for many areas of research and could lead to the design of new materials for optical, mechanical and biomedical applications. This paper demonstrates a single-molecule force spectroscopy technique that utilizes an AFM to measure the adhesion force between either peptides or amino acids and well-defined inorganic surfaces. This technique involves a protocol for attaching the biomolecule to the AFM tip through a covalent flexible linker and single-molecule force spectroscopy measurements by atomic force microscope. In addition, an analysis of these measurements is included.

Here we present a protocol to measure the force of interactions between a well-defined inorganic surface and either peptides or amino acids by single-molecule force spectroscopy measurements using an atomic force microscope (AFM). The information obtained from the measurement is important to better understand the peptide-inorganic material interphase.

単一分子力分光法を用いて無機材料とアミノ酸とペプチドの相互作用への洞察

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals ...

NMR Spectroscopy as a Robust Tool for the Rapid Evaluation of the Lipid Profile of Fish Oil Supplements

The western diet is poor in n-3 fatty acids, therefore the consumption of fish oil supplements is recommended to increase the intake of these essential nutrients. The objective of this work is to demonstrate the qualitative and quantitative analysis of encapsulated fish oil supplements using high-resolution 1H and 13C NMR spectroscopy utilizing two different NMR instruments; a 500 MHz and an 850 MHz instrument. Both proton (1H) and carbon (13C) NMR spectra can be used for the quantitative determination of the major constituents of fish oil supplements. Quantification of the lipids in fish oil supplements is achieved through integration of the appropriate NMR signals in the relevant 1D spectra. Results obtained by 1H and 13C NMR are in good agreement with each other, despite the difference in resolution and sensitivity between the two nuclei and the two instruments. 1H NMR offers a more rapid analysis compared to 13C NMR, as the spectrum can be recorded in less than 1 min, in contrast to 13C NMR analysis, which lasts from 10 min to one hour. The 13C NMR spectrum, however, is much more informative. It can provide quantitative data for a greater number of individual fatty acids and can be used for determining the positional distribution of fatty acids on the glycerol backbone. Both nuclei can provide quantitative information in just one experiment without the need of purification or separation steps. The strength of the magnetic field mostly affects the 1H NMR spectra due to its lower resolution with respect to 13C NMR, however, even lower cost NMR instruments can be efficiently applied as a standard method by the food industry and quality control laboratories.

Here, high-resolution 1H and 13C Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy was used as a rapid and reliable tool for quantitative and qualitative analysis of encapsulated fish oil supplements.

魚油サプリメントの脂質プロファイルの迅速な評価のための強力なツールとしてNMR分光法

The western diet is poor in n-3 fatty acids, therefore the consumption of fish oil supplements is recommended to increase the intake of these essential ...

Synthesis and Structure Determination of &#181;-Conotoxin PIIIA Isomers with Different Disulfide Connectivities

Peptides with a high number of cysteines are usually influenced regarding the three-dimensional structure by their disulfide connectivity. It is thus highly important to avoid undesired disulfide bond formation during peptide synthesis, because it may result in a completely different peptide structure, and consequently altered bioactivity. However, the correct formation of multiple disulfide bonds in a peptide is difficult to obtain by using standard self-folding methods such as conventional buffer oxidation protocols, because several disulfide connectivities can be formed. This protocol represents an advanced strategy required for the targeted synthesis of multiple disulfide-bridged peptides which cannot be synthesized via buffer oxidation in high quality and quantity. The study demonstrates the application of a distinct protecting group strategy for the synthesis of all possible 3-disulfide-bonded peptide isomers of &#181;-conotoxin PIIIA in a targeted way. The peptides are prepared by Fmoc-based solid phase peptide synthesis using a protecting group strategy for defined disulfide bond formation. The respective pairs of cysteines are protected with trityl (Trt), acetamidomethyl (Acm), and tert-butyl (tBu) protecting groups to make sure that during every oxidation step only the required cysteines are deprotected and linked. In addition to the targeted synthesis, a combination of several analytical methods is used to clarify the correct folding and generation of the desired peptide structures. The comparison of the different 3-disulfide-bonded isomers indicates the importance of accurate determination and knowledge of the disulfide connectivity for the calculation of the three-dimensional structure and for interpretation of the biological activity of the peptide isomers. The analytical characterization includes the exact disulfide bond elucidation via tandem mass spectrometry (MS/MS) analysis which is performed with partially reduced and alkylated derivatives of the intact peptide isomer produced by an adapted protocol. Furthermore, the peptide structures are determined using 2D nuclear magnetic resonance (NMR) experiments and the knowledge obtained from MS/MS analysis.

Cysteine-rich peptides fold into distinct three-dimensional structures depending on their disulfide connectivity. Targeted synthesis of individual disulfide isomers is required when buffer oxidation does not lead to the desired disulfide connectivity. The protocol deals with the selective synthesis of 3-disulfide-bonded peptides and their structural analysis using NMR and MS/MS studies.

合成と異なる二硫化接続と μ-コノトキシン PIIIA 異性体の構造決定

Peptides with a high number of cysteines are usually influenced regarding the three-dimensional structure by their disulfide connectivity. It is thus ...

Synthesis of Soft Polysiloxane-urea Elastomers for Intraocular Lens Application

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses (a-IOLs). Aminopropyl-terminated polydimethylsiloxanes (PDMS) were previously prepared via the ring-chain equilibration of the cyclic siloxane octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and 1,3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane (APTMDS). Phenyl groups were introduced into the siloxane backbone via the copolymerization of D4 and 2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetraphenyl-cyclotetrasiloxane (D4Me,Ph). These polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-block copolymers were synthesized for increasing the refractive indices of polysiloxanes. For applications as an a-IOL, the refractive index of the polysiloxanes must be equivalent to that of a young human eye lens. The polysiloxane molecular weight is controlled by the ratio of the cyclic siloxane to the endblocker APTMDS. The transparency of the PSU elastomers is examined by the transmittance measurement of films between 200 and 750 nm, using a UV-Vis spectrophotometer. Transmittance values at 750 nm (upper end of the visible spectrum) are plotted against the PDMS molecular weight, and &#62; 90% of the transmittance is observed until a molecular weight of 18,000 g&#183;mol&#8722;1. Mechanical properties of the PSU elastomers are investigated using stress-strain tests on die-cut dog-bone-shaped specimens. For evaluating mechanical stability, mechanical hysteresis is measured by repeatedly stretching (10x) the specimens to 5% and 100% elongation. Hysteresis considerably decreases with the increase in the PDMS molecular weight. In vitro cytotoxicity of some selected PSU elastomers is evaluated using an MTS cell viability assay. The methods described herein permit the synthesis of a soft, transparent, and noncytotoxic PSU elastomer with a refractive index approximately equal to that of a young human eye lens.

This study describes synthetic routes for aminopropyl-terminated polydimethylsiloxanes and polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-block copolymers and for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers. It presents the application of PSUs as accommodating an intraocular lens. An evaluation method for in vitro cytotoxicity is also described.

眼内レンズ用ソフト ポリシロキサン尿素エラストマーの合成

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses ...

Multiscale Sampling of a Heterogeneous Water/Metal Catalyst Interface using Density Functional Theory and Force-Field Molecular Dynamics

A significant number of heterogeneously-catalyzed chemical processes occur under liquid conditions, but simulating catalyst function under such conditions is challenging when it is necessary to include the solvent molecules. The bond breaking and forming processes modeled in these systems necessitate the use of quantum chemical methods. Since molecules in the liquid phase are under constant thermal motion, simulations must also include configurational sampling. This means that multiple configurations of liquid molecules must be simulated for each catalytic species of interest. The goal of the protocol presented here is to generate and sample trajectories of configurations of liquid water molecules around catalytic species on flat transition metal surfaces in a way that balances chemical accuracy with computational expense. Specifically, force field molecular dynamics (FFMD) simulations are used to generate configurations of liquid molecules that can subsequently be used in quantum mechanics-based methods such as density functional theory or ab initio molecular dynamics. To illustrate this, in this manuscript, the protocol is used for catalytic intermediates that could be involved in the pathway for the decomposition of glycerol (C3H8O3). The structures that are generated using FFMD are modeled in DFT in order to estimate the enthalpies of solvation of the catalytic species and to identify how H2O molecules participate in catalytic decompositions.

The goal of the protocol presented here is to generate and sample trajectories of configurations of liquid water molecules around catalytic species on a flat transition metal surface. The sampled configurations can be used as starting structures in quantum mechanics-based methods.

密度汎関数理論と力場分子動力学を用いた異種水/金属触媒インタ フェースのマルチ サンプリング

A significant number of heterogeneously-catalyzed chemical processes occur under liquid conditions, but simulating catalyst function under such conditions ...

Performing Spectroscopy on Plasmonic Nanoparticles with Transmission-Based Nomarski-Type Differential Interference Contrast Microscopy

Differential interference contrast (DIC) microscopy is a powerful imaging tool that is most commonly employed for imaging microscale objects using visible-range light. The purpose of this protocol is to detail a proven method for preparing plasmonic nanoparticle samples and performing single particle spectroscopy on them with DIC microscopy. Several important steps must be followed carefully in order to perform repeatable spectroscopy experiments. First, landmarks can be etched into the sample substrate, which aids in locating the sample surface and in tracking the region of interest during experiments. Next, the substrate must be properly cleaned of debris and contaminants that can otherwise hinder or obscure examination of the sample. Once a sample is properly prepared, the optical path of the microscope must be aligned, using Kohler Illumination. With a standard Nomarski style DIC microscope, rotation of the sample may be necessary, particularly when the plasmonic nanoparticles exhibit orientation-dependent optical properties. Because DIC microscopy has two inherent orthogonal polarization fields, the wavelength-dependent DIC contrast pattern reveals the orientation of rod-shaped plasmonic nanoparticles. Finally, data acquisition and data analyses must be carefully performed. It is common to represent DIC-based spectroscopy data as a contrast value, but it is also possible to present it as intensity data. In this demonstration of DIC for single particle spectroscopy, the focus is on spherical and rod-shaped gold nanoparticles.

The goal of this protocol is to detail a proven approach for the preparation of plasmonic nanoparticle samples and for performing single particle spectroscopy on them with differential interference contrast (DIC) microscopy.

トランスミッションベースのノマルスキー型差動干渉造影顕微鏡を用いたプラズモニックナノ粒子の分光法の実行

Differential interference contrast (DIC) microscopy is a powerful imaging tool that is most commonly employed for imaging microscale objects using ...

Probing Surface Electrochemical Activity of Nanomaterials using a Hybrid Atomic Force Microscope-Scanning Electrochemical Microscope (AFM-SECM)

Scanning electrochemical microscopy (SECM) is used to measure the local electrochemical behavior of liquid/solid, liquid/gas and liquid/liquid interfaces. Atomic force microscopy (AFM) is a versatile tool to characterize micro- and nanostructure in terms of topography and mechanical properties. However, conventional SECM or AFM provides limited laterally resolved information on electrical or electrochemical properties at nanoscale. For instance, the activity of a nanomaterial surface at crystal facet levels is difficult to resolve by conventional electrochemistry methods. This paper reports the application of a combination of AFM and SECM, namely, AFM-SECM, to probe nanoscale surface electrochemical activity while acquiring high-resolution topographical data. Such measurements are critical to understanding the relationship between nanostructure and reaction activity, which is relevant to a wide range of applications in material science, life science and chemical processes. The versatility of the combined AFM-SECM is demonstrated by mapping topographical and electrochemical properties of faceted nanoparticles (NPs) and nanobubbles (NBs), respectively. Compared to previously reported SECM imaging of nanostructures, this AFM-SECM enables quantitative assessment of local surface activity or reactivity with higher resolution of surface mapping.

Probing Surface Electrochemical Activity of Nanomaterials using a Hybrid Atomic Force Microscope-Scanning Electrochemical Microscope AFM-SECM

Atomic force microscopy (AFM) combined with scanning electrochemical microscopy (SECM), namely, AFM-SECM, can be used to simultaneously acquire high-resolution topographical and electrochemical information on material surfaces at nanoscale. Such information is critical to understanding heterogeneous properties (e.g., reactivity, defects, and reaction sites) on local surfaces of nanomaterials, electrodes and biomaterials.

ハイブリッド原子間力顕微鏡走査型電気化学顕微鏡(AFM-SECM)を用いたナノ材料の表面電気化学的活性の調査

Scanning electrochemical microscopy (SECM) is used to measure the local electrochemical behavior of liquid/solid, liquid/gas and liquid/liquid interfaces. ...

Analyzing Melts and Fluids from Ab Initio Molecular Dynamics Simulations with the UMD Package

We have developed a Python-based open-source package to analyze the results stemming from ab initio molecular-dynamics simulations of fluids. The package is best suited for applications on natural systems, like silicate and oxide melts, water-based fluids, and various supercritical fluids. The package is a collection of Python scripts that include two major libraries dealing with file formats and with crystallography. All the scripts are run at the command line. We propose a simplified format to store the atomic trajectories and relevant thermodynamic information of the simulations, which is saved in UMD files, standing for Universal Molecular Dynamics. The UMD package allows the computation of a series of structural, transport and thermodynamic properties. Starting with the pair-distribution function it defines bond lengths, builds an interatomic connectivity matrix, and eventually determines the chemical speciation. Determining the lifetime of the chemical species allows running a full statistical analysis. Then dedicated scripts compute the mean-square displacements for the atoms as well as for the chemical species. The implemented self-correlation analysis of the atomic velocities yields the diffusion coefficients and the vibrational spectrum. The same analysis applied on the stresses yields the viscosity. The package is available via the GitHub website and via its own dedicated page of the ERC IMPACT project as open-access package.

Melts and fluids are ubiquitous vectors of mass transport in natural systems. We have developed an open-source package to analyze ab initio molecular-dynamics simulations of such systems. We compute structural (bonding, clusterization, chemical speciation), transport (diffusion, viscosity) and thermodynamic properties (vibrational spectrum).

AB Initio分子動力学シミュレーションからの溶融物と流体の分析

We have developed a Python-based open-source package to analyze the results stemming from ab initio molecular-dynamics simulations of fluids. The package ...

Atomic Force Microscopy Combined with Infrared Spectroscopy as a Tool to Probe Single Bacterium Chemistry

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) is a novel combinatory technique, enabling simultaneous characterization of physical properties and chemical composition of sample with nanoscale resolution. By combining AFM with IR, the spatial resolution limitation of conventional IR is overcome, enabling a resolution of 20&#8211;100 nm to be achieved. This opens the door for a broad array of new applications of IR toward probing samples smaller than several micrometers, previously unachievable by means of conventional IR microscopy. AFM-IR is eminently suited for bacterial research, providing both spectral and spatial information at the single cell and intracellular level. The increasing global health concerns and unfavorable future prediction regarding bacterial infections, and especially, rapid development of antimicrobial resistance, has created an urgent need for a research tool capable of phenotypic probing at the single cell and subcellular level. AFM-IR offers the potential to address this need, by enabling detail characterization of chemical composition of a single bacterium. Here, we provide a complete protocol for sample preparation and data acquisition of single spectra and mapping modality, for the application of AFM-IR toward bacterial studies.

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) provides a powerful platform for bacterial studies, enabling to achieve nanoscale resolution. Both, mapping of subcellular changes (e.g., upon cell division) as well as comparative studies of chemical composition (e.g., arising from drug resistance) can be conducted at a single cell level in bacteria.

単一細菌化学を探るツールとして赤外線分光法と組み合わせた原子間力顕微鏡

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) is a novel combinatory technique, enabling simultaneous characterization of physical properties and ...

構造と走査型トンネル顕微鏡および分光法による界面の水のダイナミクスを調べる

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Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D ¹H NMR

単一分子力分光法を用いて無機材料とアミノ酸とペプチドの相互作用への洞察

魚油サプリメントの脂質プロファイルの迅速な評価のための強力なツールとしてNMR分光法

合成と異なる二硫化接続と μ-コノトキシン PIIIA 異性体の構造決定

眼内レンズ用ソフトポリシロキサン尿素エラストマーの合成

密度汎関数理論と力場分子動力学を用いた異種水/金属触媒インタフェースのマルチサンプリング

トランスミッションベースのノマルスキー型差動干渉造影顕微鏡を用いたプラズモニックナノ粒子の分光法の実行

ハイブリッド原子間力顕微鏡走査型電気化学顕微鏡(AFM-SECM)を用いたナノ材料の表面電気化学的活性の調査

AB Initio分子動力学シミュレーションからの溶融物と流体の分析

単一細菌化学を探るツールとして赤外線分光法と組み合わせた原子間力顕微鏡

構造と走査型トンネル顕微鏡および分光法による界面の水のダイナミクスを調べる

要約

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Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

単一分子力分光法を用いて無機材料とアミノ酸とペプチドの相互作用への洞察

魚油サプリメントの脂質プロファイルの迅速な評価のための強力なツールとしてNMR分光法

合成と異なる二硫化接続と μ-コノトキシン PIIIA 異性体の構造決定

眼内レンズ用ソフト ポリシロキサン尿素エラストマーの合成

密度汎関数理論と力場分子動力学を用いた異種水/金属触媒インタ フェースのマルチ サンプリング

トランスミッションベースのノマルスキー型差動干渉造影顕微鏡を用いたプラズモニックナノ粒子の分光法の実行

ハイブリッド原子間力顕微鏡走査型電気化学顕微鏡(AFM-SECM)を用いたナノ材料の表面電気化学的活性の調査

AB Initio分子動力学シミュレーションからの溶融物と流体の分析

単一細菌化学を探るツールとして赤外線分光法と組み合わせた原子間力顕微鏡

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D ¹H NMR

眼内レンズ用ソフトポリシロキサン尿素エラストマーの合成

密度汎関数理論と力場分子動力学を用いた異種水/金属触媒インタフェースのマルチサンプリング