Наиболее важные результаты исследований лаборатории молекулярной спектроскопии
- 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 WO3F33—, MoO3F33—, TiOF53—. 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 WO3F33— 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.C. 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 парадибромбензола (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. Шабанова В.Ф., Зырянова В.Я.. 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. - В рамках совместных работ с учеными Тайваня разработан и исследован ряд оптоэлектронных ФК-ЖК устройств (Lin Y.-T., et al. Optics Express, 2010, 18, 26959; Wu C.-Y., et al. Optics Express, 2011, 19, 7349; Hsiao Y.-C., et al. Optics Letters, 2011, 36, 2632; Hsiao Y.-C., et al. Optics Express, 2011, 19, 23952).
- Предложены и реализованы методы экспериментального решения проблемы локального поля световой волны для одноосных молекулярных сред различной природы (каламитные и дискотические жидкие кристаллы, лэнгмюровские пленки, биомембраны, обычные и проводящие сопряженные полимеры, биополимеры) с использованием методов рефрактометрии и поляризационной спектроскопии электронного и инфракрасного поглощения (Аверьянов Е.М., Эффекты локального поля в оптике жидких кристаллов, Новосибирск: Наука, 1999; Письма в ЖЭТФ, 2009, 89, 381; 2010, 91, 501; 2012, 95, 55; ЖЭТФ, 2010, 137, 705; ФТТ, 2011, 53, 1832).
- Введено представление о взаимосвязи конформационных степеней свободы молекул с их ориентационными и трансляционными степенями свободы в жидких кристаллах. Теоретически и экспериментально показано сильное влияние этой взаимосвязи на свойства молекул, характер фазовых переходов, термодинамические, оптические и спектральные свойства ЖК (Аверьянов Е.М., Стерические эффекты заместителей и мезоморфизм, Новосибирск: Изд. СО РАН, 2004; Опт. и спектр., 2003, 95, 67; Ж. структ. хим., 2003, 44, 669).
- Теоретически и экспериментально показано наличие иерархии ограничений на среднюю поляризуемость молекул 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, 2008, 87, 306; ЖЭТФ, 2009, 135, 194).
- Экспериментально установлена универсальная квадратичная зависимость g(S) средней поляризуемости молекул g 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., 2010, 84, 1817; 2012, 86, 810).
- 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).
- Развито новое направление в области композитных ЖК материалов — разработаны и исследованы одноосно ориентированные пленки капсулированных полимером жидких кристаллов различного типа (нематиков, холестериков, сегнетоэлектрических смектиков) (Зырянов В.Я. Диссертация д.ф.-м.н., Красноярск, ИФ СО РАН, 2002).
- Обнаружено (Prishchepa O.O., et al, Phys. Rev. E, 2005, 72, 031712), что в композитных ЖК пленках изменение граничных условий на поверхности полимера с тангенциальным сцеплением за счет вариации концентрации гомеотропного сурфактанта в нематике приводит к формированию ряда стабильных и метастабильных конфигураций директора в каплях ЖК, принципиально отличающихся от ранее известных вследствие неоднородности поверхностного сцепления, реализующегося в данной системе (Прищепа О.О., и др. Письма в ЖЭТФ, 2004, 79, 315). Для теоретической интерпретации наблюдаемых эффектов разработан метод численного расчета ориентационной структуры капель нематических ЖК (Прищепа О.О., Шабанов А.В. и др. Письма в ЖЭТФ, 2006, 84, 723), в котором впервые реализованы возможности учета неоднородности граничных условий, анизометрии капель и произвольного направления управляющего электрического или магнитного поля.
- 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; Гардымова А.П. и др. Письма в ЖТФ, 2011, 37, 35) (Рис. 5).