Лазерная спектроскопия, управление и контроль физико-химических процессов в молекулярных средах, кластерах и твердом теле

Выполнены комплексные исследования, а также анализ различных процессов, индуцированных лазерным излучением при резонансном возбуждении энергетических состояний в молекулах, кластерах и твердотельных тонких образцах. Проведены детальные экспериментальные и теоретические исследования колебательных состояний многоатомных молекул. Проведены исследования инфракрасных спектров высокого разрешения изотопных модификаций молекулы CHF2Cl. Выполнен детальный теоретический анализ полученных спектров. Достигнутая точность расчета позволила достоверно предсказать изотопические сдвиги частот изотопологов 13C Методом сверхбыстрой электронной дифракции с помощью созданного сверхбыстрого электронографа выполнены исследования ряда процессов, индуцированных фемтосекундным излучением в графене и тонких пленках висмута, в частности в последнем обнаружена генерация оптических фононов первого и второго обертонов моды A1g. Проведены детальные исследования распада смешанных кластеров при возбуждении их электронных ((CF3I)nXem) и колебательных состояний ядра ([Fe(CO)5]nXem) фемтосекундным УФ и ИК излучением соответственно. Выявлены пути распада и показано существенное влияния на его характеристики внешней атомарной оболочки. Продолжены работы по развитию молекулярных методов лазерного разделения изотопов ИК лазерным излучением. Исследована возможность использования для этого радиационно-столкновительных процессов в двухкомпонентной молекулярной среде. Предложен вариант реализации двухступенчатого чисто лазерного процесса получения высокообогащенного изотопа углерода С-13. В 2022 году совместно с ГНЦ РФ ТРИНИТИ (на площадке ТРИНИТИ) был запущен первый лазерный разделительный блок (ЛРБ №1) с производительностью до 5 кг 13С в год. В рамках разработки новых лазерных источников перестраиваемого излучения в ИК диапазоне исследованы оптические и генерационные свойства монокристаллов Ba2Ga8GeS16 и Ba2Ga8(GeSe2)S14. Используя методы фемтосекундной спектроскопии исследовано влияние соотношения фазы огибающей и несущей частоты световых пуль на их динамику, а также на пространственно-временные и энергетические параметры, которые определяют эффективность нелинейно-оптического взаимодействия ее со средой. Предложен и реализован метод определения длительности и фазы высокоинтенсивных фемтосекундных одноцикловых импульсов среднего инфракрасного диапазона, основанный на записи амплитуды светового поля импульса в пространственной структуре индуцированных плазменных каналов или треков центров окраски в прозрачном диэлектрике, исследовано влияние эллиптичности на соотношение фазы несущей частоты световой пули и ее огибающей. Экспериментально зарегистрированы синфазные и противофазные топологические солитоны, сформированные при нелинейной локализации излучения в топологических массивах из тримеров волноводов, а также переключения топологических краевых состояний между двумя близко расположенными топологическими массивами из нескольких пар волноводов. Методом когерентного возбуждения кристаллической решетки мощным терагерцовым импульсом зарегистрирован эффект Керра в кристалле CH3NH3PbBr3, изучена спектральная эволюция фононной линии Eu1 топологического изолятора Bi2-xSrxSe3 при изменении температуры. Экспериментально и численным моделированием исследовано влияние выстраивания молекул азота фемтосекундным импульсом с центральной длиной волны 1400 нм на изменение параметров зондирующего лазерного импульса с центральной длиной волны 800 нм, проходящего с различными задержками через область квантового следа, при росте энергии последнего вплоть до начала множественной филаментации. Зарегистрировано продольное распределение треков центров окраски в кристалле LiF, сформированных аксиально несимметричным оптическим вихрем на длине волны 1800 нм в одиночном фемтосекундном импульсе. Экспериментально и численно исследована динамика генерации плазмы и центров окраски в кристалле LiF при многоимпульсной филаментации фемтосекундного лазерного излучения на длине волны более 3000 нм. Приводятся результаты исследований пространственной структуры одиночных коллоидных нанокристаллов трифторида лантана, активированных редкоземельными ионами неодима (LaF3: Nd3+), перспективных для применения в качестве флуоресцентных нанозондов и наномаркеров. Исследовались одиночные нанокристаллы LaF3: Nd3+ и образуемые ими нанокластеры в водной среде. Исследования проводились с применением трех экспериментальных методов: анализа траекторий броуновского движения наночастиц (АТН), динамического рассеяния света (ДРС) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Исследования методом АТН проводились, с применением модифицированного лазерного ультрамикроскопа «светового листа». Нанокристаллы были синтезированы методом химического осаждения в водном растворе с последующей гидротермальной микроволновой обработкой (ГТМО). Анализ полученных результатов показал, что в ходе синтеза образуется стабильный коллоидный раствор наночастиц, состоящий из одиночных нанокристаллов трифторида лантана, с узким распределением по размерам, в пределах 10-30 нм, и формирующихся на их основе нанокластеров. Показано также, что пространственная структура синтезированных нанокластеров, не описывается в рамках фрактальной модели, которая широко используется для описания кластеров, формирующихся в коллоидных растворах наночастиц различной природы.