Центр химии на пределе пространства-времени
Центр химии на пределе пространства-времени или Центр CaSTL является Национальным научным фондом. [1] Центр химических инноваций. [2]
| Девиз | Визуализируйте одно химическое событие |
|---|---|
| Активный | 2008–2020 |
Головное учреждение | Калифорнийский университет, Ирвин |
| Директор | Варткесс Ара Апкарян |
| Управляющий | Венкат Боммисетти |
Академический состав | 80 |
Административный персонал | 3 |
| Расположение | Ирвин, Калифорния |
| Кампус | Калифорнийский университет в Ирвине (штаб-квартира). Партнерские учреждения: Северо-Западный университет, Питтсбургский университет, Пенсильванский университет, Университет Юты. |
| Веб-сайт | www.castl.uci.edu |
Центр CaSTL был создан в рамках соглашения о сотрудничестве между Национальным научным фондом и Калифорнийским университетом в Ирвайне в 2008 году. [3] Директором центра является Варткесс Ара Апкарян , профессор химии Калифорнийского университета в Ирвайне. [4] [5] Среди известных членов центра — исследователи нанонауки, такие как Ричард Ван Дейн, [6] Хрвое Петек , Уилсон Хо, Х. Кумар Викрамасингхе , Джордж Шац , Эрик Потма, Лассе Дженсен, Мэтт Лоу, Ниен-Хуэй Ге, Дженнифер Шумейкер-Пэрри, Рукиан Ву.
Миссия
[ редактировать ]Миссия Центра CaSTL — «развивать важную науку и технологии для исследования отдельных химических событий в реальном пространстве и времени». [7] Исследователи CaSTL предложили и разработали новый инструмент под названием Chemiscope. [8] химический микроскоп для достижения этой цели.
Достижения
[ редактировать ]Микроскопия с помощью сканирующего электрометра для одиночных молекул
[ редактировать ]Исследователи CaSTL разработали экспериментальные и теоретические инструменты для изображения электростатических полей и распределения зарядов субнанометрового размера с пространственным разрешением . [5] Они продемонстрировали первый предел одной молекулы в миниатюризации микроэлектромеханических систем (SMEMS). [9] Они продемонстрировали, что вибрации одиночной молекулы монооксида углерода, прикрепленной к наконечнику , могут служить датчиком силы и действовать как преобразователь электрической силы в механическую, где вибрации считываются оптически с помощью рамановской спектроскопии с усилением на кончике . Это открытие позволило исследователям получить доступ к электрическим полям , емкости и проводимости внутри молекул, которые повлияют на самые разные области — от молекулярной электроники до каталитической химии.
Визуализация нормальных колебательных мод одиночных молекул
[ редактировать ]Внутренние колебания молекул определяют структурные преобразования, определяющие химию, например, реакционную способность. Команда CaSTL под руководством Варткесса Ара Апкаряна измерила нормальные моды колебаний одной молекулы кобальта-тетрафенилпорфирина на медной поверхности с помощью атомно-удерживаемого света. [10] В этом исследовании использовался вариант рамановской спектроскопии с усилением на кончике для измерения колебательных спектров внутри одной молекулы. Химики используют различные инструменты, в том числе инфракрасную спектроскопию , для измерения колебаний молекул, однако измерение нормальных мод отдельной молекулы оказалось невозможным, поскольку микроскопия с атомистическим разрешением требует увеличения, почти на три порядка превышающего предел оптической дифракции . [11] [12]
Более широкие последствия
[ редактировать ]Центр CaSTL организовал несколько научных мероприятий, таких как симпозиумы, семинары, летние школы по химии одиночных молекул. Среди них следует отметить семинар Теллурида 2018 года по молекулярной видеосъемке. [13] и симпозиум на тему « На пути к химии в реальном пространстве и времени» на осеннем собрании Американского химического общества 2019 года .
Неформальное научное образование
[ редактировать ]Образовательная видеоигра под названием Bond Breaker была разработана учеными CaSTL в сотрудничестве с TestTubeGames, в которой игроки знакомятся с взаимодействием легкой материи через ряд задач, которые им необходимо решить. Эта игра стала очень популярной и попала на главную страницу. [14] журнала Scientific American . В настоящее время эта игра доступна на нескольких игровых платформах по всему миру. Классная версия игры Bond Breaker - Classroom Edition, [15] Основанная на научных стандартах следующего поколения , была выпущена в 2019 году. Эта видеоигра состоит из серии игровых уровней, анимации, викторин и планов уроков NGSS . Персонажи в этой игре были выбраны с целью способствовать разнообразию и равенству в дисциплинах STEM.
Научная анимация
[ редактировать ]Ученые CaSTL помогли разработать серию научных мультфильмов, таких как «Что такое атом» и «Откуда мы знаем?». [16] Из чего состоят атомы?, [17] Что такое молекула?, [18] и Как увидеть вирус, [19] объяснение основных концепций нанонауки широкой публике.
CaSTL - Программа путей ASU
[ редактировать ]Ученые CaSTL в партнерстве с Государственным университетом Олбани предоставили летний исследовательский опыт недостаточно представленным студентам бакалавриата при поддержке Канцелярии президента Калифорнийского университета . Позже эта программа привлекла участие других колледжей и университетов, исторически сложившихся для чернокожих, таких как Университет Хэмптона и Университет Таскиги.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «ННФ – Национальный научный фонд» . nsf.gov . Проверено 21 января 2019 г.
- ^ «Центры химических инноваций» . www.nsf.gov . Национальный научный фонд . Проверено 21 января 2019 г.
- ^ «Поиск награды NSF: Премия № 0802913 - Центр химии на пределе пространства-времени (CaSTL)» . www.nsf.gov . Проверено 21 января 2019 г.
- ^ «В. Ара. Апкарян» . ps.uci.edu . Проверено 21 января 2019 г.
- ^ Jump up to: а б «Ученые доводят микроскопию до субмолекулярного разрешения» . физ.орг . Проверено 21 января 2019 г.
- ^ Шац, Джордж К. (октябрь 2019 г.). «Ричард П. Ван Дейн (1945–2019)» . Природные нанотехнологии . 14 (10): 913. doi : 10.1038/s41565-019-0545-4 . ISSN 1748-3395 . ПМИД 31471590 . S2CID 201674912 .
- ^ «Миссия» . КаСТЛ . 01 февраля 2012 г. Проверено 26 марта 2019 г.
- ^ «Хемископ – нация науки» . www.nsf.gov . Национальный научный фонд . Проверено 26 марта 2019 г.
- ^ Апкарян, В. Ара; Йенсен, Лассе; Чен, Син; Талларида, Николас; Ли, Джунхи (01.06.2018). «Микроскопия с помощью сканирующего одномолекулярного электрометра» . Достижения науки . 4 (6): eaat5472. Бибкод : 2018SciA....4.5472L . дои : 10.1126/sciadv.aat5472 . ISSN 2375-2548 . ПМК 6025905 . ПМИД 29963637 .
- ^ Апкарян, В. Ара; Николас Талларида; Крэмптон, Кевин Т.; Ли, Джунхи (апрель 2019 г.). «Визуализация нормальных мод колебаний одиночной молекулы с помощью атомарно ограниченного света» . Природа . 568 (7750): 78–82. Бибкод : 2019Natur.568...78L . дои : 10.1038/s41586-019-1059-9 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 30944493 . S2CID 92998248 .
- ^ Лоу, Дерек (10 апреля 2019 г.). «Вибрационные режимы по-настоящему» . В Трубопроводе . Проверено 11 апреля 2019 г.
- ^ Ле Ру, Эрик К. (апрель 2019 г.). «Снимки вибрирующих молекул» . Природа . 568 (7750): 36–37. Бибкод : 2019Natur.568...36L . дои : 10.1038/d41586-019-00987-0 . ПМИД 30944489 .
- ^ «Подробности мастерской» . www.telluridescience.org . Научно-исследовательский центр Теллурайда . Проверено 21 июля 2019 г.
- ^ Уэллетт, Дженнифер. «Новая игра Bond Breaker ставит вас на место Протона» . Сеть блогов Scientific American . Проверено 21 июля 2019 г.
- ^ «Разрушитель связей — классное издание» . testtubegames.com . Проверено 21 июля 2019 г.
- ^ Что такое атом и откуда мы это знаем? , 18 сентября 2018 г. , получено 21 июля 2019 г.
- ^ Из чего состоят атомы? , 03 января 2019 г. , получено 26 июля 2019 г.
- ^ Что такое молекула? , 26 июня 2019 г. , получено 26 июля 2019 г.
- ^ Как увидеть вирус! , получено 3 июня 2020 г.
