7 Сибирский семинар «Спектроскопия комбинационного рассеяния света»

23-25 августа 2021г., Екатеринбург

Программа

Бунтов Евгений Александрович

Уральский федеральный университет, Физико-технологический институт, Екатеринбург
Доцент, кандидат физико-математических наук

DFT-моделирование комбинационного рассеяния изолированных и 2D-упорядоченных карбиновых цепей

.

В последние годы большой интерес вызывают одномерные аллотропы углерода, содержащие sp1-связи, как отдельные цепи, так и карбиноподобные кристаллы, удерживаемые силами Ван-дер-Ваальса.

В связи с трудностями стабильного синтеза цепочечных структур особое значение приобретают методы ab initio моделирования, широко применяемые для исследования одномерного углерода [1].

Одним из недавних достижений является ионная конденсация sp1 цепочек, упорядоченных в гексагональную структуру с межцепочечным расстоянием около 5 Å, т.н. 2D-упорядоченный линейно-цепочечный углерод (ЛЦУ).

Основной проблемой синтеза ЛЦУ является отсутствие простой методики аттестации, способной оперативно характеризовать его структурные особенности [2].

В наших работах объединены экспериментальные спектры комбинационного рассеяния пленок и расчет рамановской восприимчивости из первых принципов с использованием структурной модели ЛЦУ, с учетом и без учета поверхности подложки. DFT-расчеты позволяют идентифицировать типы колебаний в спектрах КРС, устанавливают зависимость между линейной длиной фрагмента, углом изгиба и комбинационно-активными фононными модами углеродных цепочек,обеспечивая интерпретацию высокочастотным и низкочастотным колебаниям с учетом распределения структурных параметров ЛЦУ. Результаты расчетов объясняют инверсию рамановского спектра отдельной цепи, наблюдаемую в случае ансамбля цепочек, взаимодействием между цепями, усиленным за счет изгибов в структуре ЛЦУ. Эффект усиления низкочастотных колебаний в КР-спектре объясняется влиянием приповерхностных слоев подложки.

Втюрин Александр Николаевич

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет
Главный научный сотрудник, руководитель группы спектроскопии комбинационного рассеяния в кристаллах ИФ СО РАН; Заведующий Базовой кафедрой фотоники и лазерных технологий Сибирского федерального университета, профессор; доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник.

Комбинационное рассеяния света на низкочастотных колебаниях с учетом затухания

Аномальное снижение частоты фононных мод, соответствующих флуктуациям параметра порядка фазового перехода – яркий физический эффект, во многих случаях определяющий механизм возникновения неустойчивостей кристаллической решетки. Исследование зависимости частоты этих критических колебаний от внешних параметров (температуры, давления, электрических или магнитных полей) позволяет установить многие характеристики исследуемых кристаллов, важные как для решения вопросов фундаментальной физики твердого тела, так и для практических приложений. Для проведения таких исследований широко применяется методика спектроскопии комбинационного рассеяния света.

Для повышения точности определения частот линий спектра комбинационного рассеяния в настоящее время, как правило, используется компьютерная обработка спектра; при этом для описания формы спектральных линий используются дисперсионный или гауссов контуры, либо их комбинация. Известно, что форма линии комбинационного рассеяния в идеальном кристалле в случае малого затухания описывается именно дисперсионным контуром, поэтому в стандартных программах обработки спектров используется именно она. В то же время при исследовании низкочастотных колебаний, когда частота линии становится сравнимой с ее шириной и приближается к крылу упругого рассеяния, контур линии становится очевидно асимметричным, что делает определение частоты линии комбинационного рассеяния проблематичным. Для решения этой проблемы ранее были предложены различные приближенные подходы (см., например, [1]), однако форма контура спектральной линии по-прежнему предполагалась дисперсионной. В то же время в [2] было показано, что при понижении частоты колебания контур соответствующей спектральной линии становится асимметричным и существенно отличается от дисперсионного. Дополнительные искажения в спектральный контур могут вносить взаимодействия таких колебаний с квазиупругим рассеянием на дефектах структуры и некритическими низкочастотными колебаниями решетки.

В докладе приводятся примеры обработки спектров низкочастотного комбинационного рассеяния с учетом этих факторов. В качестве примеров используются спектры низкочастотных спектров комбинационного рассеяния ряда кристаллов ферроборатов и керамик оксидов со структурами перовскита и эльпасолита смешанных составов.

1. H. Taniguchi, M. Itoh, D. Fu, J. Raman Spectroscopy 42, 706 (2010).

2. В. Л. Гинзбург, А. П. Леванюк, А. А. Собянин, УФН 130, 615 (1980).

Корсаков Андрей Викторович

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, Новосибирск
Заведующий лабораторией теоретических и экспериментальных исследований высокобарического минералообразования, доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН

КР-картирование для изучения структурных и химических неоднородностей в минералах

Милёхин Александр Германович

Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, Новосибирск
Заведующий лабораторией ближнепольной оптической спектроскопии и наносенсорики, доктор физико-математических наук.

Плазмон-усиленное комбинационное рассеяние света с нанометровым пространственным разрешением

Сообщается о последних достижениях в исследовании комбинационного рассеяния света (КРС) двумерными и нульмерными полупроводниковыми наноструктурами, расположенными на поверхности массивов золотых нанокластеров, усиленного металлизированным зондом атомного-силового микроскопа (АСМ) (от англ. gap-mode tip-enhanced Raman scattering). Такая геометрия эксперимента обеспечивает гигантское усиление сигнала КРС при нанометровом пространственном разрешении (нано-КРС).

Основное внимание будет уделено коллоидным сферическим нанокристаллам CdSe и нанопластинкам CdSe/CdS типа ядро/оболочка, нанесенным на поверхность плазмонных структур методом Ленгмюра-Блоджетт, и двумерным структурам, включая дисульфид молибдена (MoS2) и графен. Плазмонные структуры представляют собой массивы золотых нанокластеров диаметром 50-200 нм, которые были сформированы с помощью нанолитографии на поверхности Si и Si/SiO2.

Плазмонные свойства массивов нанокластеров Au на поверхности Si и Si/SiO2 были изучены и определена зависимость энергии локализованного поверхностного плазмонного резонанса от структурных параметров нанокластеров.

Обсуждается резонансное гигантское нано-КРС оптическими фононами наноструктур, когда энергия возбуждающего излучения близка к энергии ЛППР. Будут представлены результаты изучения нано-КРС оптическими и поверхностными оптическими фононами двумерных и нульмерных наноструктур на массивах нанокластеров Au. Изображения нано-КРС массивов двумерных и нульмерных наноструктур представляют собой набор упорядоченных колец с диаметром, близким к размеру нанокластеров. Сравнение АСМ и нано-КРС изображений свидетельствует о том, что сигнал КРС от наноструктур наблюдается преимущественно для областей, расположенных вблизи граней нанокластеров Au, где ожидается максимальное локальное электромагнитное поле.

Показано, что усиление имеет электромагнитный характер, а коэффициент усиления сигнала КРС может превышать величину 105.

Гигантское усиление КРС позволило получить информацию о правилах отбора для нано-КРС, величинах механических напряжениях в нанопластинках и распределении локального электромагнитного поля вблизи металлических наноструктур, о фазовом составе полупроводниковых наноструктур.

Работа была выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 19-52-12041).

Наумов Андрей Витальевич

Институт спектроскопии РАН; Московский Педагогической Государственный Университет

Сверхчувствительная флуоресцентная и КР спектромикроскопия одиночных молекул

Плечов Павел Юрьевич

Минералогический Музей имени А.Е. Ферсмана, Московский Государственный Университет, Москва
Директор Минералогического Музея имени А.Е. Ферсмана, профессор МГУ, Доктор геолого-минералогических наук, доцент, профессор РАН

Количественные методы определения содержания воды в природных стеклах по спектрам комбинационного рассеяния

Содержание воды является одним из ключевых параметров магм, влияющим как на температуру кристаллизации минералов, так и на реологические свойства магмы. Спектроскопия комбинационного рассеяния - очень перспективный инструмент, позволяющий проводить прямые определения воды как в закалочном стекле горных пород, так и в стекле расплавных включений. В последние годы были предложены десятки методик определения воды в стеклах, но каждая из них имеет существенные ограничения и не является универсальной. Нами разработаны методики определения воды для широкого спектра составов природных стекол, которые хорошо согласуются с другими более сложными и трудоемкими способами определения. Для калибровки методики определения воды и полимеризованных алюмосиликатных стекол мы используем параметр NBO/T, отражающий степень полимеризации алюмосиликатных расплавов. Отличие данной методики от ранее предложенных заключается в использовании полной деконволюции исходного спектра, автоматическом выделении фона и аппаратной функции и нормированию колебательных мод 3200-3600 см-1 к сумме колебаний силикатного каркаса. Такой подход позволяет существенно понизить погрешность измерений и использовать универсальную калибровку для широкого спектра природных стекол. Методика опробована на ряде вулканических объектов Камчатки и Курильских островов (Толбачик, Курильское озеро, вулкан Ветровой и др.).

Суровцев Николай Владимирович

Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск
Советник директора по развитию научной деятельности, заведующий лабораторией спектроскопии конденсированных сред ИАиЭ СО РАН
член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, профессор РАН

Низкочастотные спектры комбинационного рассеяния света водных суспензий фосфолипидных везикул

В докладе представлены результаты исследований низкочастотного (5-200 см-1) комбинационного рассеяния света (КРС) в фосфолипидных нанометровых слоях многослойных мембран. Фосфолипиды, являющиеся важным компонентом биологических мембран, формируют бимолекулярные слои толщиной около 5 нм. Получено, что собственные слоевые колебания мембран, частота которых определяется модулем упругости и толщиной мембраны, а также колебательные акустоподобные возбуждения, распространяющиеся вдоль липидного слоя, проявляются в низкочастотном спектре КРС фосфолипидных мембран. Будет представлен обзор результатов нашей группы по проявлению слоевых и акустоподобных мод в низкочастотных спектрах КРС.

Работа поддержана грантом РНФ No. 19-12-00127.