[ Сотрудники лаборатории ]

Лаборатория молекулярной спектроскопии — одна из первых трех лабораторий Института физики, созданная Заслуженным деятелем науки РСФСР, д.ф.-м.н., профессором Коршуновым Анатолием Васильевичем. С 1980 г. по 2004 г. лабораторию возглавлял академик РАН, д.ф.-м.н., проф. Василий Филиппович Шабанов. С 2004 г. заведующим лабораторией является д.ф.-м.н., проф. Зырянов Виктор Яковлевич. В настоящее время в лаборатории работают 20 человек, из них 14 научных сотрудников. На базе лаборатории выполняют диссертационные исследования, курсовые и дипломные работы 7 аспирантов и свыше десяти студентов красноярских вузов.

Основные направленияния:

• Изучение структурных фазовых переходов в наночастицах молекулярных кристаллов, а также переходов, вызванных измением температуры и гидростатического давления в ионных и молекулярных кристаллах, методом спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) и ИК-спектроскопии.
• Создание фотонных кристаллов с жидкокристаллическими структурными элементами и развитие методов управления их оптическими и спектральными свойствами.
• Исследование молекулярной природы и физических свойств (иерархия уровней структурной упорядоченности, фазовые переходы, критическое поведение, отклик на внешние воздействия, оптические и спектральные свойства) анизотропных молекулярных ансамблей с различной размерностью (жидкие кристаллы, лэнгмюровские пленки, биомембраны, проводящие сопряженные полимеры).
• Создание оптоэлектронных материалов на основе композиций жидких кристаллов и полимеров, исследование их структурных, оптических, электро- и магнитооптических свойств. Разработка нового способа управления жидкокристаллическими материалами, основанного на модификации поверхностного сцепления ионными сурфактантами.
• Разработка физических основ построения интерферометров встречных световых потоков.
• Развитие диагностических методов и расширение функциональных возможностей оптико-спектрального оборудования центра коллективного пользования.

Наиболее важные результаты исследований:

• Выполнены исследования спектров КРС кристаллов (NH₄)₃WO₃F₃, (NH₄)₂КWO₃F₃, К₃WO₃F₃, (NH₄)₃MoO₃F₃, (NH₄)₂КMoO₃F₃, Cs₂(NH₄)WO₃F₃, (NH₄)₃TiOF₅, Rb₂KTiOF₅, (NH₄)₂WO₂F₄, (NH₄)₂MoO₂F₄, Rb₂KScF₆, Rb₂KInF₆, KPb₂Cl₅, KPb₂Br₅ в широком интервале температур. В экспериментальных спектрах идентифицированы линии колебаний ионов аммония и ионов октаэдров WO₃F₃^3–, MoO₃F₃^3–, TiOF₅^3–. Обнаружены переходные аномалии параметров спектров. Анализ спектральных изменений позволяет утверждать, что исследованные структурные фазовые переходы связаны, главным образом, с упорядочением октаэдрических групп (Рис. 1), слабые изменения в области колебаний иона аммония свидетельствуют об их малом искажении и слабом взаимодействии с кристаллическим окружением. Установлено, что все молекулярные ионы в кубической фазе кристалла ориентационно разупорядочены. Сравнение спектров валентных колебаний анионов WO₃F₃^3– с результатами квантово-химических расчетов подтверждает, что данные катионы в структуре исследуемых кристаллов присутствуют, главным образом, в fac конфигурации [Krylov A.S., et al. Phys. Stat. Sol. (b), 2006, 243, 435; Крылов А.Н. и др., ФТТ, 2006, 48, 1279; Втюрин А.Н. и др. ФТТ, 2006, 48, 1004; Aleksandrov K.S., et al. Ferroelectrics, 2007, 347, 79].


Рис. 1. Трансформация спектров КРС (а) и изменение частот (б) при фазовых температурных переходах в кристалле (NH₄)₂WO₂F₄.

• Исследованы спектры КРС кристаллов при высоком гидростатическом давлении. Обнаружены и исследованы переходы в фазы высокого давления в кристаллах (NH₄)₃WO₃F₃ при 1.3 ГПа, К₃WO₃F₃ при 3.2 ГПа (Рис. 2), (NH₄)₃MoO₃F₃ при 5.1 ГПа, Rb₂KTiOF₅ при 1 ГПа, (NH₄)₃TiOF₅ при 2.7 ГПа, (NH₄)₃MoO₃F₃- 5.1 ГПа, Cs₂(NH₄)WO₃F₃ при 2.58 ГПа [Крылов А.С. и др. ФТТ, 2006, 48, 1001; Герасимова Ю.В. и др. ФТТ, 2008, 50, 1476].


Рис. 2. Трансформация КРС спектра кристалла К₃WO₃F₃ под давлением.

• С использованием метода КРС спектроскопии обнаружен и исследован размерный полиморфный переход в наночастицах парадихлорбензола (Коршунов М.А. и др., Российские нанотехнологии, 2010, 5, 73).
• Выполнены комплексные термо-, магнито- и электрооптические исследования спектральных свойств одномерных фотонных кристаллов (ФК), образованных двумя многослойными диэлектрическими зеркалами и слоем нематического жидкого кристалла (ЖК) между ними в качестве дефекта структуры (Гуняков В.А. и др. Письма в ЖТФ, 2006, 32, 76; Eur.Phys.J.E, 2007, 24, 297; ЖЭТФ, 2008, 133, 447, ЖТФ, 2010, 80, 95). Предложен и реализован метод управления амплитудой дефектных мод мультислойных ФК (Рис. 3), основанный на интерференции поляризованных компонент дефектных мод при их спектральном совмещении под действием электрического или магнитного поля (Рис. 4) (Зырянов В.Я., и др. Российские нанотехнологии, 2008, 3, 751; Optics Express, 2010, 18, 1283; ЖЭТФ, 2011, 139, №3). По данной тематике опубликована коллективная монография «Фотонные кристаллы и нанокомпозиты: структурообразование, оптические и диэлектрические свойства», под ред. В.Ф. Шабанова, В.Я. Зырянова. Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2009. 252 с.




Рис. 3. Изменение спектра пропускания мультислойного фотонного кристалла с ЖК дефектом, помещенного между скрещенными поляризаторами, при управлении магнитным полем (Hс = 6.3 кЭ).

Рис. 4. Зависимость спектральных положений поляризованных компонент дефектных мод (символы – е-волна, штриховые линии – о-волна, mo,e – номера мод) от нормированной величины магнитного поля.

• Теоретически и экспериментально показано наличие иерархии ограничений на среднюю поляризуемость м олекул в одноосных и двуосных молекулярных средах, что обусловлено наличием дальнего ориентационного порядка молекул и анизотропии их ближнего координационного окружения. (Аверьянов Е.М. Письма в ЖЭТФ, 87, 306, 2008; ЖЭТФ, 135, 194, 2009).
• Предложен и реализован новый рефрактометрический метод экспериментального решения проблемы локального поля световой волны для одноосных молекулярных сред (каламитные и дискотические ЖК, лэнгмюровские пленки, биомембраны, обычные и проводящие сопряженные полимеры). (Аверьянов Е.М. Письма в ЖЭТФ, 89, 381, 2009; 91, 501, 2010; ЖЭТФ, 137, 705, 2010; Ж. физ. хим., 84, 985, 2010).
• Экспериментально установлена универсальная квадратичная зависимость g(S) средней поляризуемости молекул от параметра ориентационного порядка S в нематической и смектической А фазах, что обусловлено симметрией этих фаз и отсутствием инварианта SpS = 0. (Аверьянов Е.М. Ж. физ. хим., 84, 1817, 2010).
• Проведены оптические и спектральные исследования локального перехода Фредерикса, возникающего в нематическом ЖК на сколе сегнетоэлектрического кристалла вблизи точки Кюри. Исследована связь характеристик анизотропного взаимодействия ЖК и полярной поверхности подложки с параметрами ориентационной упорядоченности молекул нематика (Гуняков В.А. и др. Eur.Phys.J.E, 2006, 20, 467; Liquid Crystals, 2006, 33, 645). Магнитооптическим методом изучены особенности перехода Фредерикса в биполярных каплях нематика с сильным поверхностным сцеплением (Прищепа О.О. и др. Письма в ЖЭТФ, 2006, 84, 723).
• Обнаружен и исследован эффект электроуправляемой модификации поверхностного сцепления жидких кристаллов наноразмерными слоями ионных сурфактантов (Зырянов В.Я. и др. Письма в ЖЭТФ, 2007, 86, 440; Письма в ЖЭТФ, 2008, 88, 688). На основе данного эффекта предложен и реализован новый способ управления структурными и оптическими свойствами композитных жидкокристаллических материалов (Крахалев М.Н. и др. Письма в ЖТФ, 2011, 37, 72).
• Создан интерферометр встречных световых потоков и разработан ряд интерференционно-чувствительных фотоприемников (Шестаков Н.П. и др. Патенты РФ № 2277222 и № 2335034).
• В рамках деятельности Центра коллективного пользования КНЦ СО РАН в лаборатории молекулярной спектроскопии функционируют 5 оптико-спектральных установок: спектрометр комбинационного рассеяния света RFS 100/S (Bruker, Germany), спектрометр комбинационного рассеяния света T64000 (Horiba Jobin Yvon, France), Фурье-спектрометры Vertex-70 и Vertex-80 (Bruker, Germany) для УФ-видимого и ИК-диапазона, спектрофотометр UV-3600 (Shimadzu, Japan), 2 поляризационных оптических микроскопа Axio Imager A1 и D1 (Carl Zeiss, Germany), а также сканирующий электронный микроскоп S5500 (Hitachi, Japan) с системой сфокусированного ионного пучка FB-2100 и оборудованием для пробоподготовки образцов. В совместных работах по центру коллективного пользования проводятся исследования широкого спектра материалов: от современных полупроводниковых структур InN [Davydov V.Y., et all. Phys Rev B, 2009, 80, 081204; Давыдов В.Ю. и др. ФТП, 2010,. 44, 170] до органических кристаллов производных cysteine [Minkov V.S. et al. J. Рhys. Сhem. B, 2008, 30, 8851].