Відділ спектроскопії молекулярних систем і наноструктурних матеріалів

Ukr

Eng

​

Група спектроскопії атомарних та молекулярних кріоконденсатів

 

Основні напрямки досліджень

 

● Дослідження екситонних станів і процесів автолокалізації екситонів та дірок.

● Вивчення механізмів електронно-стимульованих процесів дефектоутворення і десорбції.

● Вивчення радіаційних ефектів, каналів релаксації електронних збуджень і пост-радіаційних явищ.

● Дослідження ефектів автоколивань у кріогенних твердих тілах.

● Дослідження носіїв заряду в атомарних і молекулярних кріоконденсатах – формування і стабілізація зарядових центрів, реакції за участю носіїв

  заряду, процеси релаксації.

● Дослідження умов накопичення заряду і створення «замороженої плазми».

● Розробка нових методів вивчення зарядових станів у діелектриках.

 

Основні методи досліджень - оптична і струмова спектроскопія

 

● Катодолюмінесцентна спектроскопія в широкому діапазоні спектру - від ближньої інфрачервоної до далекого ультрафіолету.

● Корельований у часі вимір термостимульованої люмінесценції, емісії екзоелектронів та емісії частинок.

● Корельований у часі вимір оптично стимульованої люмінесценції, емісії екзоелектронів та емісії частинок.

● Нестаціонарна люмінесценція.

● Метод матричної ізоляції.

● Низькотемпературне наведене поглинання (постановка методики).

 

Головні результати

 

 

 

В інертних матрицях з домішкою кисню під дією електронного пучка утворюються іони О-, які нейтралізуються під дією лазера. Термостимульована дифузія атомів кисню і їх подальша рекомбінація призводить до утворення збуджених молекул О2*, випромінюючих фотони. Це «внутрішнє джерело світла» стимулює релаксаційні процеси: власне світіння матриці, вихід електронів з поверхні кристала і десорбцію власних часток.

 

Виявлено новий канал стимуляції релаксаційних процесів хемілюмінесцентними реакціями

Термолюмінесценція твердого азоту при ступінчатому нагріві.

[J. Phys. Chem. A 115 (2011) 7258].

Вперше зареєстровано нове явище у молекулярних кристалах – аномально інтенсивна низькотемпературна емісія власних часток азоту з попередньо опромінених електронами кристалів азоту.

Доведено, що рекомбінація заряджених часток створеної у твердому азоті «замороженої плазми» N4+ та N3+ з електронами забезпечує конверсію енергії електронних збуджень у кінетичну енергію часток азоту, що призводить до їх емісії при температурах набагато нижчих ніж характерна температура сублімації.

 

N3+ + e- -> N*(2D) +  N2 (1Σg+) + hv1+ ∆Е

 

N4+ + e- -> N2*(1Σu-) + N2(1Σg+) + hv2+ ∆Е

 

Аномальна низькотемпературна пострадіаційна емісія часток твердого N2

 

Порівняння виходів десорбції з неопроміненого твердого азоту та попередньо опроміненого електронами.

[IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng.169 (2017) 012007].

 

Однаковий поріг для виходу електронів, термолюмінесценції і десорбції з твердого азоту.

 

[Low Temp. Phys. 39 (2013) 446].

 

Виявлено автолокалізацію дірок в твердому азоті з утворенням комплексу N4+

 

Спостерігання продуктів реакції дисоціативної рекомбинації дірок з електронами у нестаціонарній люмінесценції, термолюмінесценції, а також у фотолюмінесценції є доказом автолокалізації діркових станів, тобто формування чотириатомних азотних іонів N4+.

 

N4+ + e- -> N2* (a‘) + N2* (a‘)+ +ΔE1 -> N2 + N2 + 2hv + ΔE2

 

 

 

Порівняння релаксаційних емісій: термостимульованої люмінесценції, екзоелектронної емісії та нестаціонарної люмінесценції твердого азоту.
[J. Phys. Chem. A 119 (2015) 2475].

Фотостимульована люмінесценція і екзоелектронна еміссія з твердого азоту.

 

 

[Radiat. Meas. 90C (2016) 1].

 

Вперше продемонстрована можливість створення «замороженої плазми» з високою концентрацією зарядових центрів (до 1016 см-3) в опромінених електронним пучком кріоконденсатах атомарних і молекулярних газів

Досягнуто накопичення рекордно високого негативного заряду у діелектричних плівках твердого азоту та виявлено участь центрів N3- у формуванні електростатичного заряду. Показано, що ці центри дають значний внесок у пост-десорбцію – емісію часток з поверхні опромінених плівок азоту.

Знайдений ефект потрібно брати до уваги для забезпечення безаварійної роботи різноманітних вакуумних пристроїв в умовах радіаційного опромінення, а також елементів космічної апаратури. Цей результат також відкриває шлях до створення накопичувачів заряду нового типу та широкого спектру високотехнологічних застосувань.

Вихід термостимульованої емісії електронів при різних негативних напругах на детекторі.

 

[Phys. Stat. Solidi B, 253 (2016) 2115].

Стікання заряду та фотостимульований відрив електронів від N3- сполук.

 

 

[Phys. Stat. Solidi B, 253 (2016) 2115].

 

 

Уповільнена емісія частинок пов’язана зі спонтанним виділенням енергії, що накопичується радіаційно-індукованими дефектами до досягнення критичної концентрації. Виділення енергії супроводжується різким зростанням температури твердого метану або допованої матриці Ar і спалахом катодолюмінесценції. Вперше виявлено два типи автоколивань  цієї емісії – довгоперіодні та короткоперіодні. Здобуто переконливих доказів того, що генерація автоколивань відбувається внаслідок нестабільності в системі метил-радикалів та атомів водню. Встановлено, що автоколивання можуть бути ініційовані двома способами – зовнішнім нагріванням зразка для вивільнення накопиченої хімічної енергії в реакціях рекомбінації або спонтанним вивільненням накопиченої енергії після досягнення критичних концентрацій радикалів.  Отримані результати є важливими для вирішення цілої низки проблем ядерної фізики (створення ефективних кріогенних модераторів нейтронів, здатних працювати  в умовах інтенсивного ядерного опромінювання), фізики космосу, астрофізики та біохімії.

 

Виявлено уповільнену вибухову емісію частинок із твердого метану та матриць Ar, легованих СH4, під дією електронного пучка. Знайдено два типи автоколивань з коротким і довгим періодами

Плівка CH4 товщиною 100 мкм опромінювалась електронним пучком (1,5 кВ; 3 мА) протягом години.

 

Затримка гігантського спалаху частинок щодо початку електронного опромінення свідчить про необхідність накопичення продуктів радіолізу для цього ефекту. На фоні довгоперіодичного спалаху помітні короткоперіодичні коливання.

[Nucl. Instr. and Meth. B, 435, (2018) 38].

CH4 – допована Ar матриця. смуги Н в діапазоні стрибка температури та тиску.

 

Дослідження виявило сильний спалах люмінесценції оптичних виходів атомів Н (показано на рис.) і радикалів СН, які корелювали зі сплеском температури та вибуховим імпульсом викиду частинок.

 

 

 

[Methane, 2, (2023) 372].

Розроблено нові методи дослідження зарядових станів – нестаціонарну люмінесценцію та десорбцію

Ми розробили новий підхід для дослідження зарядових центрів в опромінених твердих тілах. Ця оригінальна двостадійна методика базується на контрольованій «інжекції» електронів шляхом їх звільнення з пасток під дією нагріву зразка. Досліджувані іонні центри спочатку генеруються інтенсивним електронним пучком. Потім утворені центри досліджуються за допомогою рекомбінаційної люмінесценції та десорбції під впливом пучка малої інтенсивності з метою мінімізувати створення нових зарядових центрів. Реєстрація спектрів нестаціонарної люмінесценції та десорбції проводиться при поступовому нагріванні опроміненого зразка для послідовного звільнення електронів з все більш глибоких пасток і їх подальшої рекомбінації з позитивно зарядженими центрами, що виявляється за їх внеском у спектр нестаціонарної люмінесценції та вихід частинок.

 

Нестаціонарна люмінесценція центру (Xe2D)* та її кореляція з термостимульованим випромінюванням екзоелектронів.

 

[Phys. Procedia, 76 (2015) 111].

  • Важливі публікації групи

    E. Savchenko, I. Khyzhniy, S. Uyutnov, M. Bludov, V. Bondybey. Explosive desorption induced by radical–radical interaction in methane-doped Ar matrices, Nucl. Inst. Methods B 536 (1), 113 (2023).

    DOI: 10.1016/j.nimb.2023.01.005.

     

    M. Bludov, I. Khyzhniy, S. Uyutnov, E. Savchenko, Matrix-Assisted Processes in CH4-Doped Ar Ices Irradiated with an Electron Beam, Methane, 2(4), 372 (2023)

    DOI: 10.3390/methane2040025.

     

    E. Savchenko, I. Khyzhniy, S. Uyutnov, M. Bludov, A. Ponomaryov, V. Bondybey. Radiation-induced phenomena in thermally treated Kr matrices, Low Temp. Phys. 49 (5), 574 (2023).

    DOI: 10.1063/10.0017819.

     

    И.В. Хижный, С.A. Уютнов, М.А. Блудов, Е.В. Савченко. Взрывная десорбция частиц из твердого метана, индуцированная электронным пучком, ФНТ 44, № 11, 1565-1568 (2018) [Low Temp. Phys. 44, No. 11, 1223 (2018)].

    DOI: 10.1063/1.5062166.

     

    E. Savchenko, I. Khyzhniy, S. Uyutnov, M. Bludov, A. Barabashov, G. Gumenchuk, V. Bondybey. Radiation effects in nitrogen and methane “ices”, Nucl. Instrum. Methods Phys Res., Sect. B 435, 38-42 (2018).

    DOI: 10.1016/j.nimb.2017.10.014.

     

    E.V. Savchenko, I.V. Khyzhniy, S.A. Uyutnov, M.A. Bludov, A.P. Barabashov, G.B. Gumenchuk, V.E. Bondybey. Excitation-induced processes in model molecular solid – N2. J. Lumin. 191, Part A, 73-77 (2017).

    DOI: 10.1016/j.jlumin.2016.12.055.

     

    E. Savchenko, I. Khyzhniy, S. Uyutnov, M. Bludov, A. Barabashov, G. Gumenchuk, V. Bondybey. Radiation-induced defects, energy storage and release in nitrogen solids, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 169, Conf. 1, 2017, 012007 (2017).

    DOI: 10.1088/1757-899X/169/1/012007 // PDF (open access).

     

    E. Savchenko, I. Khyzhniy, S. Uyutnov, M. Bludov, G. Gumenchuk and V. Bondybey.  Defect-induced electrostatic charging of nitrogen films, Phys. Stat. Solidi B, 253, No. 11,  2115 (2016).

    DOI: 10.1002/pssb.201600406.

     

    E. Savchenko, I. Khyzhniy, S. Uyutnov, M. Bludov, G. Gumenchuk, V. Bondybey. Emission spectroscopy of solid nitrogen, Radiat. Meas.  90, No. 1, 1 (2016).

    DOI: 10.1016/j.radmeas.2015.12.044.

     

    E. V. Savchenko, I. V. Khyzhniy, S. A. Uyutnov, A. P. Barabashov, G. B. Gumenchuk, M. K. Beyer, A. N. Ponomaryov, and V. E. Bondybey. Radiation effects in solid nitrogen and nitrogen-containing matrices: Fingerprints of N4+ species, J. Phys. Chem. A 119, No. 11,  2475 (2015).

    DOI: 10.1021/jp5087575.

     

    E. Savchenko, I. Khyzhniy, S. Uyutnov, A. Barabashov, G. Gumenchuk, A. Ponomaryov and V. Bondybey.  Charged defects and defect-induced processes in nitrogen films, Phys. Stat. Solidi C,  12, No 1-2 ,  49 (2015).

    DOI: 10.1002/pssc.201400166.

     

    E.V. Savchenko, I.V. Khyzhniy, S.A. Uyutnov, A.N. Ponomaryov, G.B. Gumenchuk, V.E. Bondybey. Nonstationary luminescence as a probe of charged species, Phys. Procedia, 76, No. 1, 111 (2015).

    DOI: 10.1016/j.phpro.2015.10.021.

     

    E.V. Savchenko, I.V. Khyzhniy, S.A. Uyutnov, A.N. Ponomaryov, G.B. Gumenchuk and V.E. Bondybey. Anomalous low-temperature “post-desorption” from solid nitrogen, FNT 39, 574-579 (2013) [Low Temp. Phys. 39, 446-450 (2013)].

    DOI:10.1063/1.4807046.

     

    E. V. Savchenko, I. V. Khyzhniy, S. A. Uyutnov, G. B. Gumenchuk, A. N. Ponomaryov, M. K. Beyer, V. E. Bondybey.  Charging  effects in an electron bombarded Ar matrix and the role of chemiluminescence-driven relaxation, J. Phys. Chem. A 115, No. 25,  7258 (2011).

    DOI: 10.1021/jp2004419.

     

    E.V. Savchenko and Yu.A. Dmitriev. “New Aspects of Relaxation Processes in Cryogenic Solids”, in Applied Physics in the 21st Century (Horizons in World Physics. Volume 269) Ed. Raymond P. Valencia, Nova Science Publishers New York, 2010, p. 113-162

     

    I.V. Khyzhniy, E.V. Savchenko, S.A. Uyutnov, G.B. Gumenchuk, A.N. Ponomaryov, V.E. Bondybey. Exoelectron emission from solid nitrogen, Radiation Measurements 45, No. 3-6, 353 (2010).

    DOI: 10.1016/j.radmeas.2009.11.020.

     

    E.V. Savchenko, G. Zimmerer, V.E. Bondybey. Electronically induced modification of atomic solids and their relaxation probed by luminescence methods, J. Luminesc. 129, 1866 (2009).

    DOI: 10.1016/j.jlumin.2009.01.040.

     

    I.V. Khyzhniy, S. A. Uyutnov, E.V. Savchenko, G.B. Gumenchuk, A.N. Ponomaryov, V.E. Bondybey. Electron traps in solid Xe, FNT 35, №. 4, 433 (2009) [Low Temp. Phys. 35, No. 4, 335 (2009)].

    DOI: 10.1063/1.3117964.

     

    H. Tanskanen, L. Khriachtchev, A. Lignell, M. Räsänen, S. Johansson, I.V. Khyzhniy, E.V. Savchenko. Formation of noble-gas hydrides and decay of solvated protons revisited: diffusion-controlled reactions and hydrogen atom losses in solid noble gases, Phys. Chem. Chem. Phys., 10, 692 (2008).

    DOI: 10.1039/B713212C.

     

    I.V. Khyzhniy, O. N. Grigorashchenko, A.N. Ponomaryov, E.V. Savchenko, V.E. Bondybey. Thermally stimulated exoelectron emission from solid Xe, FNT 33, No. 6-7, 701 (2007) [Low Temp. Phys. 33, No. 6, 529 (2007)].

    DOI: 10.1063/1.2746244.

     

    E.V. Savchenko, A.N. Ogurtsov, I.V. Khyzhniy, G. Stryganyuk, G. Zimmerer. Creation of permanent lattice defects via exciton self-trapping into molecular states in Xe matrix. Phys. Chem. Chem. Phys. 7, 785 (2005).

    DOI: 10.1039/B415247F.

     

    E.V. Savchenko, G.B. Gumenchuk, E.M. Yurtaeva, A.G. Belov, I.V. Khyzhniy, M. Frankowski, M.K. Beyer, A.M. Smith-Gicklhorn, A.N. Ponomaryov, V.E. Bondybey. Anomalous low temperature desorption from preirradiated rare gas solids, J. Luminesc. 112, 101 (2005).

    DOI: 10.1016/j.jlumin.2004.09.004.

Контакти

 

просп. Науки, 47, Харків, 61103, Україна

 

тел.: +380(57)341-0918

 

факс: +380(57)340-3370

Виконавчий редактор: Гудименко В.О.

© 2017-2023.  Дизайн: Антон Клімкін

Оновлення від 26.12.2023