Отдел спектроскопии молекулярных систем и наноструктурных материалов

Eng

Rus

Ukr

Группа спектральных и структурных исследований свободных нанокластеров инертных и молекулярных газов

  Состав группы

Спектроскопические исследования

с.н.с. Вакула В. Л.

в.н.с. Самоваров В.Н.

м.н.с. Доронин Ю.С.

м.н.с. Ткаченко А.А.

Структурные исследования

н.с. Данильченко А.Г.

в.н.с. Самоваров В.Н.

м.н.с. Конотоп А.П.

внештатный научный сотрудник Коваленко С.И.

 

Основные направления исследований

 

- Исследование эволюции структуры и фазового состава кластеров инертных и молекулярных газов в зависимости от их размера.

- Разработка методики управления размерами и составом кластеров в экспериментах с одно- и многокомпонентными кластерными струями.

- Исследование формирования и распада электронных возбуждений в гомо- и гетероядерных кластерах инертных и молекулярных газов.

- Разработка новых источников вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) и ультрамягкого рентгеновского (УМР) излучения.

- Разработка имитатора ВУФ и УМР излучения Солнца на кластерных струях.

- Изучение влияния ВУФ и УМР излучения Солнца на физические свойства конструкционных материалов космических аппаратов в лабораторных условиях.

- Исследование влияния структуры поверхностных и объемных слоев кластеров на формирование спектров тормозного излучения (ТИ) и поляризационного тормозного излучения (ПТИ).

 

Основные методы исследований

 

Формирование кластеров в сверхзвуковой струе газов, возбуждение и ионизация атомарных и кластерных пучков электронами и фотонами, эмиссионная спектроскопия кластеров инертных и молекулярных газов в ВУФ, УМР и видимом диапазонах электромагнитного спектра, дифракция электронов на кластерах.

 

Оборудование

 

Исследовательский комплекс на основе генератора кластерного пучка, состоящий из нескольких экспериментальных стендов.

 

 

Получение и анализ спектров эмиссии свободных гомогенных и гетерогенных нанокластеров атомарных и молекулярных газов, изучение влияния структуры и размера кластеров на релаксацию электронных возбуждений.

 

Ключевые результаты

 

- Установлено существование размерного эффекта в процессе релаксации электронных возбуждений в кластерах, связанного со специфическими особенностями размерного квантования энергии внутри экситонных зон кластеров.

 

- Выявлена экситонно-примесная люминесценция в кластерах ксенона с некристаллической структурой.

 

- Обнаружено образование в кластерах N2 и Ar-N2 молекулярных димеров (N2)2 , которые могут рассматриваться как базовый структурный элемент для синтеза полимерного азота в нормальных условиях.

1. Экспериментальный стенд для исследования катодолюминесценции кластеров инертных и молекулярных газов в видимой и ВУФ областях спектра

 

Первое наблюдение экситонно-примесной люминесценции из кластеров ксенона [ФНТ 35, № 12, 1215 (2009)].

Обнаружение молекулярных димеров (N2)2 в кластерах N2 и Ar-N2 [Phys. Rev. A 84, No. 2, 023201 (2011)].

Использование электронографического метода для установления структуры и субструктуры, определения температуры, параметров кристаллической решетки, а также средних размеров гомогенных и гетерогенных нанокластеров атомарных и молекулярных газов.

 

Ключевые результаты

 

- Впервые зафиксирован и исследован структурный переход ГЦК → (ГЦК+ГПУ) в однокомпонентных кластерах Ar и бинарных кластерах Ar-Kr.

 

- На примере кластеров азота установлен структурный генезис высокотемпературной β-фазы азота.

 

- Обнаружено фазовое расслоение на чистые компоненты в кластерах Ar-Xe (в массивных образцах наблюдается распад системы на растворы).

 

- Впервые установлено понижение температуры бинарных кластеров Ar-Kr и Ar-Xe (на 30 - 50%) по сравнению с температурами однокомпонентных кластеров Kr и Xe, которое обусловлено наличием газообразного аргона, выполняющего роль теплонесущего газа.

 

- Разработана методика управления размерами и составом кластеров в экспериментах с двухкомпонентными кластерными струями.

2. Экспериментальный стенд для структурных исследований свободных кластеров инертных и молекулярных газов

 

Определение областей существования одно- и двухкомпонентных кластеров, получаемых из двухкомпонентных газовых смесей веществ с неограниченной взаимной растворимостью [ФНТ 41, № 8, 820 (2015)].

Первое наблюдение фазового расслоения на чистые компоненты в кластерах Ar-Xe [Письма ЖЭТФ 84, № 6, 385 (2006)]

Установление последовательности структурных превращений, предшествующих образованию высокотемпературной β-фазы азота [ФНТ 31, № 11, 1288 (2005)].

Получение и анализ эмиссионных УМР спектров атомов и кластеров в широкой области энергий фотонов, исследование влияния процесса кластеризации на спектры при ионизации электронами субвалентных подоболочек инертных и молекулярных газов, изучение процессов формирования ПТИ и ТИ при рассеянии электронов разных энергий на атомарных и кластерных мишенях.

 

Ключевые результаты

 

- Открыто и исследовано ПТИ при рассеянии электронов на атомах ксенона (премия им. И. Пулюя: Э.Т. Верховцева и Е.В. Гнатченко, 2003 год).

 

- Определены абсолютные значения дифференциального сечения ТИ при рассеянии электронов на атомах ксенона.

 

- исследовано влияние структуры поверхностных и внутренних слоев икосаэдрических и кристаллических кластеров ксенона на формирование спектров ПТИ при электронном возбуждении кластеров.

 

- обнаружено особое состояние кластеров ксенона, при котором их кор имеет кристаллическую структуру, а поверхностный слой находится в псевдокристаллическом состоянии, флуктуируя между жидкой и твердой фазами.

3. Экспериментальный стенд для спектроскопических исследований атомов, молекул и кластеров в УМР области спектра

 

Первое экспериментальное наблюдение ПТИ при рассеянии электронов на атомах ксенона [J. Phys. B 16, No. 20, L613 (1983)].

Ключевые публикации группы

 

Ю.С. Доронин, В.Л. Вакула, Г.В. Камарчук, А.А. Ткаченко, В.Н. Самоваров. Новый подход к исследованию спектров люминесценции свободных икосаэдрических и кристаллических нанокластеров аргона, ФНТ 42, № 2, 207 (2016) [Low Temp. Phys. 42, No. 2, 156 (2016)].

DOI: 10.1063/1.4942580.

 

А.Г. Данильченко, С.И. Коваленко, А.П. Конотоп, В.Н. Самоваров. Диагностика состава и размера кластеров, cформированных в сверхзвуковых струях газовых смесей Ar–Kr, ФНТ 41, № 8, 820 (2015) [Low Temp. Phys. 41, No. 8, 637 (2015)].

DOI: 10.1063/1.4928921.

 

А.Г. Данильченко, С.И. Коваленко, А.П. Конотоп, В.Н. Самоваров. Зарождение и рост ГПУ фазы в гомогенных (Ar) и гетерогенных (Ar–Kr) кластерах по данным электронографии, ФНТ 40, № 12, 1391 (2014) [Low Temp. Phys. 40, No. 12, 1083 (2014)].

DOI: 10.1063/1.4904000.

 

Е.В. Гнатченко, А.Н. Нечай, А.А. Ткаченко, В.Н. Самоваров. Исследование поверхности кластеров ксенона по спектрам поляризационного тормозного излучения: псевдокристаллическое состояние, ФНТ 38, № 12, 1446 (2012) [Low Temp. Phys. 38, No. 12, 1139 (2012)].

DOI: 10.1063/1.4770519.

 

Yu.S. Doronin, M.Yu. Libin, V.N. Samovarov, and V.L. Vakula. Spectroscopic observation of (N2)2 dimers in free icosahedral N2 and Ar-N2 clusters, Phys. Rev. A 84, No. 2, 023201 (2011).

DOI: 10.1103/PhysRevA.84.023201.

 

E.V. Gnatchenko, A.N. Nechay, V.N. Samovarov, and A.A. Tkachenko. Polarization bremsstrahlung from xenon atoms and clusters: A cooperative effect contribution, Phys. Rev. A 82, No. 1, 012702 (2010).

DOI: 10.1103/PhysRevA.82.012702.

 

E.V. Gnatchenko, A.A. Tkachenko, and А.N. Nechay. Absolute differential bremsstrachlung cross sections for 0.4-2-keV electrons scattered by Ar, Kr, and Xe atoms, Phys. Rev. A 80, No. 2, 022707 (2009).

DOI: 10.1103/PhysRevA.80.022707.

 

В.Л. Вакула, А.Г. Данильченко, Ю.С. Доронин, С.И. Коваленко, М.Ю. Либин, В.Н. Самоваров. Наблюдение экситонной люминесценции из икосаэдрического ксенон-аргонового кластера, ФНТ 35, № 12, 1215 (2009) [Low Temp. Phys. 35, No. 12, 944 (2009)].

DOI: 10.1063/1.3276058.

 

O.G. Danylchenko, Yu.S. Doronin, S.I. Kovalenko, M.Yu. Libin, V.N. Samovarov, and V.L. Vakula. Luminescence evidence for bulk and surface excitons in free xenon clusters, Phys. Rev. A 76, No. 4, 043202 (2007).

DOI: 10.1103/PhysRevA.76.043202.

 

Ю.С. Доронин, В.Н. Самоваров. Спектроскопия смешанных кластеров Ar-Xe: эффект формирования ксенонового ядра, Опт. и спектроск. 102, № 6, 983 (2007) [Opt. Spectrosc. 102, No. 6, 906 (2007)].

DOI: 10.1134/S0030400X07060173.

 

А.Г. Данильченко, Ю.С. Доронин, С.И. Коваленко, В.Н. Самоваров. Обнаружение эффекта расслоения на чистые компоненты в смешанных кластерах Ar-Xe, Письма ЖЭТФ 84, № 6, 385 (2006) [JETP Lett. 84, No. 6, 324 (2006)].

DOI: 10.1134/S002136400618010X.

 

А.Г. Данильченко, С.И. Коваленко, В.Н. Самоваров. Электронография двухкомпонентных кластеров Ar-Kr: особенности нуклеации, механизмов роста и структурных состояний, ФНТ 32, № 12, 1551 (2006) [Low Temp. Phys. 32, No. 12, 1182 (2006)].

DOI: 10.1063/1.2400697.

 

Э.Т. Верховцева, Е.А. Бондаренко, Ю.С. Доронин, А.М. Ратнер. Влияние размерного эффекта в спектре энергии экситонов кластеров инертных элементов на релаксацию экситонов, ФНТ 32, № 10, 1245 (2006) [Low Temp. Phys. 32, No. 10, 946 (2006)].

DOI: 10.1063/1.2370738.

 

А.Г. Данильченко, С.И. Коваленко, В.Н. Самоваров. Кинетика гомогенной кристаллизации азота по данным электронографии свободных кластеров, ФНТ 31, № 11, 1288 (2005) [Low Temp. Phys. 31, No. 11, 979 (2005)].

DOI: 10.1063/1.2127890.

 

E.T. Verkhovtseva, E.V. Gnatchenko, and P.S. Pogrebnjak. Investigation of the connection between 'giant' resonances and 'atomic' bremsstrahlung, J. Phys. B 16, No. 20, L613 (1983).

DOI: 10.1088/0022-3700/16/20/003.

Контакты

 

просп. Науки, 47, Харьков, 61103, Украина

 

тел.: +380(57)341-0918

 

факс: +380(57)340-3370

Обновление от 30.10.2017

СМИ о нас

Дизайн: Антон Климкин