Лазерное управление и контроль физико-химических процессов

Выполнены комплексные исследования процессов, индуцированных лазерным излучением при резонансном возбуждении различных энергетических состояний атомов, молекул и кластеров. Создан фемтосекундный газофазный электронограф для изучения сверхбыстрых процессов в молекулах и кластерах. Методом сверхбыстрой электронной микроскопии и дифракции исследована сверхбыстрая динамика фотовозбужденной решетки сурьмы и кобальтита лантана. Создан и испытан прибор, демонстрирующий новую концепцию исследования молекулярных микроструктур с помощью сканирующей микроскопии с использованием нанокапилляра. Методом двухфотонного фемтосекундного возбуждения-зондирования исследована экситонная структура фотосинтетического антенного комплекса (LH1) и его субъединицы B820. С помощью фемтосекундной ап-конверсии исследовано время жизни флуоресценции комплексов белок - Тиофлавин и обнаружено наличие разной связи белков с красителем. Методами сверхбыстрой кинетической спектроскопии исследованы пути внутримолекулярной конверсии и межмолекулярного переноса энергии электронного возбуждения в комплексах платины, важных для фотодинамической терапии. Получена эффективная нелинейная конверсия в третью гармонику при возбуждении оптических поверхностных мод в одномерном фотонном кристалле. Создана экспериментальная установка для регистрации индивидуальных оптических спектров флуоресценции и комбинационного рассеяния одиночных нано- и микрочастиц с высоким спектральным (до 0,3 см⁻¹) и временны́м (до 500 пс) разрешением в диапазоне длин волн от 230 до 1,3 мкм. Проведены экспериментальные измерения спектров люминесценции одиночных нанокристаллов на примере нанокристаллических фосфоров NaYF₄ и нанокристаллов LaF₃. Выполнены экспериментальные исследования спектров ультрабыстрой люминесценции в субпикосекундном диапазоне времен одиночных микрокристаллов тетрабората лития Li₂B₄O₇, легированных ионами марганца и меди и марганца, и олова, перспективных для создания ультрабыстрых сцинцилляторов. Разработан и запущен экспериментальный комплекс, предназначенный для высокочувствительного детектирования и визуализации одиночных наночастиц и наноструктур по свечению возбуждаемой в них спонтанной флуоресценции и сигналам рассеянного излучения несмещенной частоты, реализующий несколько методов дальнеполевой темнопольной оптической микроскопии: лазерной ультрамикроскопии, микроскопии полного внутреннего отражения и микроскопии скользящего падения. Совмещение нескольких методов в одном комплексе позволило существенно повысить экспериментальные возможности по изучению наночастиц разной природы методами оптической микроскопии и выполнить ряд уникальных экспериментов. Достигнута чувствительность, позволяющая надежно детектировать в жидких средах и на подложках оптические изображения одиночных наночастиц и наноструктур самой различной природы размерами до 10 нм (плазмонные наночастицы, диэлектрические и полупроводниковые нанокристаллы, углеродные нанопроволоки, наночастицы и структуры биологической природы), в том числе частицы, практически прозрачные в оптическом диапазоне спектра (липосомы, клеточные и внеклеточные микровезикулы, полимерные наночастицы). Разработаны алгоритм и специализированная программа для оперативного наблюдения процессов агломерации наночастиц в жидкости, основанная на определении индивидуальных размеров наблюдаемых наночастиц по траекториям их броуновского движения. Исследованы процессы деградации микрокристаллов тетрабората лития - Li₂B₄O₇, легированных ионами бериллия с марганцем и цинка с марганцем под действием комбинированного излучения, представляющего собой ионизирующий импульсный пучок на первой стадии и короткие лазерные импульсы УФ-диапазона на последующей. Показано, что микрокристаллы из Li₂B₄O₇, легированные ионами бериллия и марганца, имеют меньшую лучевую стойкость, чем микрокристаллы Li₂B₄O₇, легированные ионами цинка и марганца. Разработаны методы экспериментальных спектроскопических исследований процессов преобразования электронных возбуждений и транспорта носителей электрического заряда в органических высокоупорядоченных полупроводниках, перспективных для создания устройств органической электроники. Методы основаны на анализе получаемых спектров сверхслабой фосфоресценции и задержанной люминесценции и их временной эволюции в растворах, а также в тонких монокристаллических пленках, толщиной до нескольких монослоев. Получены первые спектры фосфоресценции молекул олигомеров политиофена в твердых растворах при низкой температуре. Проведен анализ процессов низкотемпературной внутренней динамики для ряда полимеров. Показано, что на микроуровне указанные процессы могут отличаться от предсказаний стандартной модели стекол, даже если на макроуровне модель описывает их адекватно.