הדמיה ישירה של סיבוב מולקולרי מהיר ליזר מונחה

עבור הבנה עמוקה יותר ושימוש טוב יותר של האופי הדינמי של מולקולות, זה הכרחי כדי לחזות תנועות מולקולריות בבירור עניין. הדמית פיצוץ קולון זמן נפתר היא אחת גישות עצמה כדי להשיג מטרה זו ^{1, 2, 3.} לפי גישה זו, הדינמיקה המולקולרית של עניין נעשית ביוזמת שדה ליזר אולטרה קצר משאבה והם נחקרים מכן על ידי דופק בדיקה-מתעכב זמן. לאחר הקרנת חללית, מולקולות מיוננות מתרבות נפרצו יונים שברים עקב דחיית קולון. ההתפלגות המרחבית של היונים הנפלטים הוא מדד של המבנה המולקולרי והתמצאות מרחבית על הקרנת החללית. רצף של מדידת סריקת זמן השהית משאבה-בדיקה מובילה ליצירת סרט מולקולרי. ראוי לציין כי עבור המקרה הפשוט ביותר – מולקולה דו-אטומית – חלוקת הזוויתית של יונים נפלטישירות משקף את חלוקת הציר המולקולרית (כלומר, פונקציית גל הסיבוב בריבוע).

באשר לתהליך המשאבה, ההתקדמות האחרונה בבקרה קוהרנטית של תנועה מולקולרית באמצעות שדות ליזר אולטרה קצרים הובילה ליצירתו של חבילת גלי סיבוב מבוקרת מאוד ^{4, 5.} יתר על כן, כיוון הסיבוב יכול להיות נשלט באופן פעיל באמצעות שדה ליזר שבשליטת קיטוב ^{6, 7, 8.} בהתאם לכך, כבר היה לצפות כי תמונה מפורטת של סיבוב מולקולרי, כוללים טבע גל, יכולה להיות מדמיינות כאשר טכניקת דימות פיצוץ קולון בשילוב עם תהליך משאבה כגון ^{9, 10, 11, 12, 13.} עם זאת, אנחנו קצתפעמים נתקלות בקשיי ניסוי קשורים שיטות ההדמיה הקיימות, כאמור להלן. מטרת מאמר זה היא להציג דרך חדשה להתגבר על קשיים אלו ושל יצירת סרט באיכות גבוהה של חבילת גלי סיבוב מולקולרית. הסרט הניסיוני הראשון של סיבוב מולקולרי שצולם עם השיטה הנוכחית, יחד עם ההשלכות הפיזיות שלו, הוצגו במאמר הקודם שלנו ^11. הרקע של פיתוח, ההיבט התיאורטי המפורט של טכניקת ההדמיה הנוכחית, וכן השוואה עם טכניקות קיימות אחרות יינתנו בתוך נייר קרוב. הנה, אנחנו בעיקר נתמקד בהיבטים המעשיים וטכניים של ההליך, כוללים שילוב של ההתקנה האופטית משאבה-הבדיקה טיפוס מנגנון ההדמיה החדש. כמו במאמר הקודם, מערכת היעד מסתובבת בכיוון אחד מולקולות חנקן ^11.

הקושי העיקרי של הניסויקיים התקנת הדמיה, סכמטי שמוצגת באיור 1, יש לעשות עם העמדה של הגלאי, או את זווית המצלמה. מכיוון ציר הסיבוב בקנה אחד עם התפשטות לייזר ^{6 ציר, 7, 8} ברוטציה מולקולרית הנגרמת לייזר-שדה, אין זה מעשי להתקין גלאי לאורך ציר הסיבוב. כאשר הגלאי מותקן כדי למנוע הקרנת לייזר, את זווית המצלמה תואמת התבוננות בצד של הסיבוב. במקרה זה, זה בלתי אפשרי לשחזר את הכיוון המקורי של מולקולות מהתמונה (2D) מוקרנת היון ^14. הדמיה 3D גלאי ^{14, 15, 16, 17, 18, 19,} שבה זמן ההגעה אל הגלאי העליון ואת יון impacניתן למדוד עמדות t, הציע דרך ייחודית להתבונן סיבוב מולקולרי ישירות באמצעות הדמית פיצוץ קולון ^{10, 12.} עם זאת, ספירת היון המקובלת לכל זריקת ליזר נמוך (בדרך כלל <10 יונים) ב גלאי 3D, כלומר קשה ליצור סרט ארוך של תנועה מולקולרית עם איכות תמונה גבוהה ^14. השעה המתה של הגלאי (בדרך כלל ns) משפיעה גם על רזולוציית התמונה ויעילות הדמיה. זה גם לא משימה פשוטה לעשות חפיפת קרן משאבה-בדיקה טובה על ידי ניטור תמונת יון בזמן אמת עם שיעור החזרת ליזר של <~ 1 קילוהרץ. למרות מספר קבוצות הבחינו מנות סיבוב גל בטכניקת 3D, המידע המרחבי הוגבל ו / או ישיר, וכן להדמיה מפורטת של טבע גל, כוללים מבנים קטרי מסובכים, לא הושגה ^{10, 12.}

המהותטכניקת הצילום החדשה היא השימוש של "זווית המצלמה החדשה" באיור 1. בתצורה זו, החשיפה קרן לייזר לגלאי הוא נמנע בעוד גלאי 2D הוא מקביל למישור הסיבוב, שמוביל התצפית מכיוון ציר הסיבוב. החריץ מאפשר רק יון במטוס הסיבוב (המטוס הקיטוב של פעימות לייזר) לתרום תמונה. גלאי 2D, אשר מציע קצב ספירה גבוה (בדרך כלל ~ 100 יונים) מאשר גלאי 3D, ניתן להשתמש. ההתקנה של המערכת האלקטרונית של יותר פשוט במקרה של זיהוי 3D, בעוד יעילות המדידה גבוהה. זמן רב שיקום מתמטי, כגון אבל היפוך ^14, הוא גם לא צריך לחלץ מידע זוויתי. תכונות אלה להוביל אופטימיזציה הקלה של מערכת המדידה לייצור סרטים באיכות גבוהה. מנגנון הדמיה 2D סטנדרטי / 3D טעון החלקיקים ניתן לשנות בקלות אל witho למערך הקייםut שימוש בציוד יקר.