Высокочувствительная оптическая спектроскопия конденсированных сред и наноматериалов со сверхвысоким спектральным, временным и пространственным разрешением

В рамках темы проводятся исследования в области оптической спектроскопии новых функциональных материалов различной морфологии и химического состава: пленки, нанообъекты, наноструктурированные и композиционные материалы. В эксперименте используются различные методы и подходы: фурье-спектроскопия, спектроскопия ИК-диапазона, люминесцентная спектроскопия, флуоресцентная микроскопия сверхвысокого пространственного разрешения (в т.ч. трехмерные методики), комбинационное рассеяние света (КРС), нарушенное полное внутреннее отражение света (НПВО). Исследования проводятся в широком диапазоне температур от криогенных до комнатной, с высоким временным разрешением (корреляционные и кинетические измерения, счет фотонов). Для описания результатов измерений, а также при постановке новых экспериментов, используются различные методы численного моделирования, стандартные и оригинальные методики, разрабатываются новые теории и модели. В отчетном периоде коллективом исполнителей решались следующие задачи: 1. Комплексное изучение новых материалов, тонких пленок и наноструктур методами колебательной спектроскопии, в т.ч. исследование экрана Солсбери на основе тонкого слоя поглощающего полупроводникового материала; исследование влияния атомов водорода и УФ-излучения на модификацию углеводородных связей пленок нанопористого органосиликатного стекла с малой относительной диэлектрической проницаемостью; ИК-спектроскопия нарушенного полного внутреннего отражения и пропускания для соединений Cu3RE(SeO3)2O2Cl (RE – редкоземельный элемент, RE = Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Tm, Yb); ИК спектроскопия монокристаллов ниобата лития разного состава и генезиса; исследование влияния степени завершенности процесса нитридизации на рост буферного слоя AlN; ИК-спектроскопия отражения мультиферроика LiNiPO4; исследование новых эффектов при облучении УФ-светом алмаза, легированного фосфором и разработка методики определения общего содержания доноров фосфора в алмазе; спектроскопия высокого разрешения колебательно-вращательных полос фреона-22 (CHF2Cl), обогащенного 13C; исследование штарковских уровней и анализ одноионной магнитной анизотропии иона Sm3+ в низкоразмерном магнетике Cu3Sm(SeO3)2O2Cl; исследование возможности получения методом CVD крупных качественных алмазов для рентгеновской оптики. 2. Исследование диэлектрических кристаллов, нанокристаллов и стекол, содержащих ионы переходных металлов методами спектроскопии высокого разрешения, в т.ч.: спектроскопия высокого разрешения люминесценции монокристалла LiYF4:Ho3+ в телекоммуникационном спектральном диапазоне (~ 1.5 мкм) и в магнитных полях; теоретическое и экспериментальное исследование влияния деформаций на границах сегнетоэластических доменов в псевдо-кубическом перовските LaAlO3:Tm3+ на спектры f – f переходов в ионах Tm3+; уточнение и дополнение данных о штарковской структуре иона Pr3+ в кристаллической матрице KY3F10; анализ спектров поглощения монокристаллов гибридных перовскитов MAPbI3 и MAPbBr3 на предмет чувствительности к структурным фазовым переходам первого рода; исследование Pr3CrGe3Be2O14 - нового соединения из семейства лангасита, содержащего две магнитных подсистемы, для целей магнитооптики; исследование рентгенолюминесценции однофазных твердых растворов на основе гадолиний-скандий-алюминиевого граната, легированного церием, и концентрационного ряда твердых растворов Y3-xCexAl5O12, для определения составов с максимальной интенсивностью рентгенолюминесценции, перспективных для визуализации мощных рентгеновских и синхротронных пучков; исследование температурной зависимости спектров ИК отражения для эпитаксиальных монокристаллических пленок топологического изолятора Bi2−xSrxSe3 в области низкочастотной фононной моды. 3. Исследование материалов методами селективной лазерной спектроскопии и оптической микроскопии сверхвысокого пространственного разрешения, в т.ч. развитие техники многомерной лазерной спектромикроскопии и наноскопии квантовых излучателей различной природы; исследование явления замедленной мерцающей люминесценции полупроводниковых квантовых точек; исследование температурно-зависимых спектров люминесценции полупроводниковых коллоидных квантовых точек и нанокомпозитов на их основе в широком диапазоне низких температур для изучения электрон-фононного взаимодействия, влияния матрицы и подложки; детектирование бесфононных спектральных линий и спектральных траекторий одиночных молекул Mg-тетраазопорфирина в матрице аморфного полиизобутилена для изучения явления спектральной диффузии в широком спектральном диапазоне; детальный анализ спектров флуоресценции одиночных молекул тетра-трет-бутилтеррилена в матрице аморфного полиизобутилена в рамках теории электрон-фононного взаимодействия; вывод и апробация в численных экспериментах новых уравнений квантово-кинетической теории фотолюминесценции близко расположенных частиц-излучателей с контрастными фотофизическими свойствами; моделирование спектров возбуждения кооперативной фотолюминесценции парных излучателей и их сравнительный анализ с наблюдаемыми в эксперименте спектрами молекул террилена в матрице 1,2-орто-дихлоробензола. 4. Биосенсорика на поверхности фотонных кристаллов, в т.ч. разработка и размещение в свободном доступе метода расчета и дизайна одномерных фотонно-кристаллической структуры, поддерживающих распространение поверхностных оптических мод; экспериментальное исследование метода усиления сорбции молекул на поверхность фотонных кристаллов с помощью декстранов различной молекулярной массы.