WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Научная новизна работы 1. Разработан оригинальный подход, который был назван лазерной селекцией молекул по их ориентации, являющийся альтернативой лазерной ориентации молекул для широкого круга задач, в которых динамика зависит от характера возбуждения молекулы. В рамках данного подхода предложены две новых схемы организации управления динамикой молекул.

2. Впервые был предложен метод лазерно индуцированной ориентации молекул, работоспособный при комнатных температурах. Показана возможность его использования для генерации коротких импульсов терагерцового диапазона частот. Предложен новый способ получения данных о вращательных свойствах молекулы в основном и возбуждённом электронных состояниях путём анализа спектров таких импульсов.

3. В результате рассмотрения проблемы лазерного абсолютного асимметричного синтеза (ААС) с единых симметрийных позиций получен набор универсальных условий управляемости хиральными состояниями молекул с помощью лазерного электродипольного воздействия. При этом впервые сформулированы условия осуществимости лазерного ААС в макроскопическом объёме реагентов.

4. Предложены и исследованы две новых схемы лазерного ААС в изотропной рацемической смеси. Впервые продемонстрирована возможность осуществления ААС при комнатных температурах в макроскопическом объёме реагентов.

Практическая ценность работы 1. Предложенные схемы ориентации и лазерной селекции молекул по их ориентации существенно расширяют возможности по управлению динамикой молекул при высоких температурах. Поэтому они могут представлять интерес для широкого спектра приложений, включающих разнообразные спектроскопические и стереохимические задачи по анализу молекулярной структуры, исследованию и контролю внутримолекулярной динамики, динамики химических реакций, процессов ионизации и диссоциации; ряд приложений в лазерной физике, таких как генерация высоких гармоник и терагерцового излучения, и множество других задач — от нанолитографии до реализации квантовых логических устройств.

2. Полученный набор условий управляемости хиральным состоянием молекул является универсальным инструментом для разработки сценариев лазерного абсолютного асимметричного синтеза практически любых хиральных молекул.

3. Предложенный метод селективного фоторазрушения энантиомеров при комнатных температурах в макроскопическом объёме реагентов может служить основой для создания эффективного и технологичного метода лазерного абсолютного асимметричного синтеза.

Основные положения, выносимые на защиту 1. С помощью методов лазерной селекции молекул по их ориентации возможно управление динамикой молекул с определённой ориентацией в ансамбле хаотически ориентированных молекул при высоких температурах (вплоть до комнатных).

2. Анализ свойств симметрии молекул и конфигурации воздействующих на них лазерных полей позволяет произвести выбор схемы возбуждения и задействованных в ней рабочих уровней, а также направлений распространения и поляризации компонент лазерного поля при разработке схем лазерного абсолютного асимметричного синтеза.

3. При помощи совместного воздействия мощного многокомпонентного фемтосекундного и пикосекундного лазерных импульсов возможно осуществление селективного фоторазрушения энантиомеров в изотропной рацемической смеси в макроскопическом объёме реагентов при комнатных температурах.

4. Селекция молекул по их ориентации при помощи многокомпонентного фемтосекундного лазерного импульса, компоненты которого фазово согласованы, предоставляет возможность осуществлять послеимпульсную ориентацию молекул при комнатных температурах. В случае полярных молекул такая ориентация может приводить к возникновению импульсного излучения терагерцового диапазона. Из анализа спектра таких импульсов можно извлечь информацию о вращательных параметрах молекулы в основном и возбуждённом электронном состоянии.

Апробация результатов работы По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе семь статей в сборниках и журналах (четыре из которых входят в перечень журналов, рекомендованных ВАК), а также девять тезисов докладов на конференциях (см. Публикации автора).

Основные результаты работы были доложены на следующих российских и международных конференциях и семинарах: “IV International Symposium on Modern Problems of Laser Physics” (Новосибирск, 22-27 августа, 2004 г.); “European Workshop on optical parametric processes and periodical structures” (Vilnius, Lithuania, September 26-29, 2004);

“2nd Photonics and Laser Symposium” (23-25 February 2005, Kajaani, Finland); “International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO/LAT 2005)” (СанктПетербург, 11-15 мая 2005 г.); cеминаре Института химической физики РАН (Москва, 13 июня 2006 г.); “Russian-French Workshop for Young Scientists. Laser Physics: Application to Atomic Physics and Material Sciences (RFWYS-06)” (Les Houches, France, October 3-6, 2006); общемосковском семинаре “Квантовая оптика и квантовые вычисления” (Москва, 29 ноября 2006 г.); “Coherent Control of the Fundamental Processes in Optics and X-ray Optics (CCFP-06)”, (Нижний Новгород, 30 июня – 4 июля г.); “International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO/LAT 2007)” (Минск, 28 мая – 1 июня 2007 г.); “International Conference on Laser Applications in Life Sciences 2007 (LALS’07)” (Москва, 11-14 июня 2007 г.); “16th International Laser Physics Workshop (LPHYS’07)” (Leon, Mexico, August 20-24, 2007), а также на семинарах кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета и МЛЦ МГУ им. М.В. Ломоносова.

Личный вклад автора Вклад автора во все ключевые результаты диссертационной работы, составляющие её научную новизну, является определяющим как на этапе постановки задач, так и при разработке теоретических моделей, проведении теоретического анализа и интерпретации полученных данных.

Объём и структура диссертационной работы Диссертационная работа состоит из Введения, двух глав, Заключения и списка литературы. Объём диссертации составляет 134 страницы, в том числе 22 рисунка. Список использованных источников, исключая 16 авторских публикаций, состоит из наименований.

Краткое содержание диссертационной работы Во Введении обоснована актуальность темы работы, излагается современное состояние проблемы, сформулированы цели и задачи работы, аргументированы её научная новизна и практическая ценность, а также приводятся основные положения, выносимые на защиту.

Кроме того, во вводную часть вынесено краткое описание некоторых общих обозначений, используемых в работе.

В первой главе вводится понятие лазерной селекции молекул по их ориентации (ЛСО) как нового подхода к управлению динамикой изотропных молекулярных ансамблей. Рассматриваются две возможные схемы, позволяющие осуществлять ЛСО в различных режимах. Приводятся результаты численного моделирования динамики молекул, позволяющие оценить эффективность каждой из схем. На основе результатов моделирования также обсуждается возможность использования ЛСО для решения таких задач, как ориентация молекул, генерация импульсного терагерцового излучения, определение вращательных параметров различных вибронных состояний молекул.

В разделе I.1 изложена качественная формулировка идеи нового подхода к контролю ориентации молекул в задачах лазерного управления динамикой молекул. Этот подход позволяет осуществлять выборочные манипуляции (в т.ч. при комнатных температурах) над молекулами с требуемой ориентацией в ансамблях хаотически ориентированных молекул. В основе подхода лежит тот факт, что в достаточно большом ансамбле хаотически ориентированных молекул в каждый момент времени заведомо присутствует некоторое количество молекул, ориентация которых удовлетворяет заданным критериям. Идея лазерной селекции по ориентации (ЛСО) состоит в осуществлении выборочного возбуждения этой части молекул в такое электронно-колебательное состояние, которое могло бы в дальнейшем служить своеобразной меткой, позволяющей в рамках конкретной решаемой задачи отличать данные молекулы от всех остальных. Фактически, в результате ЛСО исходный изотропный молекулярный ансамбль разделяется на два подансамбля — помеченных (возбуждённых) и всех остальных (невозбуждённых) молекул, причём молекулы первого подансамбля являются нужным образом ориентированными.

В этом же разделе обсуждаются общие ограничения на область применимости ЛСО и формулируются следующие три условия использования метода: 1) наличие возможности выбора метки, т.е. существенная зависимость динамики управляемого процесса от начального внутреннего (электронно-колебательного) состояния молекул; 2) длительность процесса должна быть существенно меньше характерного периода свободного вращения молекул; 3) единовременно воздействию может подвергаться лишь небольшая доля от общего числа молекул в ансамбле.

В заключение, вводится понятие о двух возможных режимах ЛСО - импульсном и квазинепрерывном. Первый режим предполагает, что ЛСО представляет собой одномоментный акт нанесения меток на подходящим образом ориентированные молекулы, после которого их дальнейшая судьба с точки зрения контроля ориентации нас нас уже не интересует. Данный режим может использоваться в задачах, в которых характерное время задержки между моментами получения упорядоченного подансамбля и собственно осуществления управления существенно меньше, чем время разрушения упорядоченного состояния в результате теплового вращения (при комнатных температурах для небольших молекул оно обычно составляет от нескольких сотен фемтосекунд до нескольких пикосекунд).

В случае больших времён задержки необходимо использовать квазинепрерывный режим ЛСО. Этот режим осуществляется с помощью непрерывно воздействующего на молекулы внешнего поля, динамически формирующего состав подансамбля отселектированных молекул. Другими словами, в тот момент, когда ориентация какой-либо молекулы начинает удовлетворять заданному критерию, она селектируется, получая метку, а при потере требуемой ориентации метка должна сниматься.

В разделе I.2 предлагается метод реализации ЛСО в квазинепрерывном режиме, основанный на одновременном воздействии электростатического и резонансных лазерных полей на ансамбль молекул.

Изложение начинается с уточнения постановки задачи, в частности, введения количественной меры ориентации как среднего значения величины cos, где — угол между молекулярно и пространственно фиксированными осями.

После этого приводится общее описание механизма работы метода. Его сущность выглядит следующим образом: лазерное воздействие (интенсивностью 109 Вт/см2) служит для адиабатического перемещения населённостей между электронно-колебательными уровнями молекулы при изменении её ориентации, обеспечивающего селекцию молекул, выстроенных коллинеарно некоторой выделенной пространственной оси. Электростатическое поле (амплитудой 104 В/см) регулирует этот процесс путём создания асимметрии в условиях селекции молекул, ориентированных параллельно и антипараллельно направлению выделенной пространственной оси, тем самым обеспечивая селекцию по ориентации.

Затем конкретизируются требования к молекулярным параметрам и определяется класс молекул, для которого предложенный метод является эффективным. Показано, что молекулы должны содержать атом водорода (или металла с малой атомной массой), связанный ковалентной сильнополярной связью с остальной частью молекулы через атом с большой электроотрицательностью таким образом, чтобы имелась возможность относительно лёгкого возбуждения внутреннего вращения атома водорода относительно остальной части молекулы. Примером может служить молекула H2POSH, в которой указанным условиям соответствует связь S–H.

Оставшаяся часть раздела посвящена анализу и обсуждению результатов численного моделирования процесса ЛСО в случае молекулярных параметров, типичных для вышеописанного класса молекул. Прежде всего, даётся описание численного метода и модельных предположений, использовавшихся в расчётах. Затем на основе результатов расчётов подробно анализируется динамика отдельно взятой молекулы в зависимости от её начальной ориентации и частот теплового вращения. Также обсуждается зависимость динамики селекции от скорости релаксационных процессов и степени адиабатичности лазерного воздействия. Приводятся результаты моделирования ЛСО в ансамбле молекул для различных начальных вращательных температур и моментов инерции молекул, показывающие, что метод позволяет получить высокую степени упорядоченности cos =0,1 0,3 в отселектированных молекулах (составляющих 10% от общего чис ла) при больших вращательных температурах вплоть до 300 К даже в случае достаточ но лёгких молекул с массой 100 а.е.м. и характерными размерами 5 Aпри достаточно легко реализуемых с экспериментальной точки зрения условиях без использования специальных процедур оптимизации лазерного воздействия вроде модуляции амплитуды или фазового согласования разночастотных компонент. В то же время, выявляется невозможность достижения степени упорядоченности с cos >0,3.

В разделе I.3 предложен ещё один способ достижения ЛСО, на этот раз — в импульсном режиме. Вновь, сначала даётся качественное представление об основной идее предлагаемого подхода. Для конкретности, предполагается, что задачей является осуществление селекции молекул с требуемой ориентацией путём их перевода из основного состояния |0 в возбуждённое электронное состояние |1. Управляющим воздействием выступает лазерный фемтосекундный импульс, состоящий из нескольких фазово согласованных гармоник. Разночастотные составляющие импульса можно разделить на две группы. На фазово согласованные компоненты первой группы возлагается задача лазерно индуцированной адиабатической трансформации возбуждённого электронного состояния |1 в одетое состояние | (и обратно), структура и эффективная энергия которого являются зависящими от ориентации молекул. Обязанностью компонент второй группы, взаимодействующих с молекулами неадиабатически, является собственно селекция молекул путём возбуждения резонансного перехода |0 |. Ключевым моментом является то, что на зависимость хода процесса возбуждения от ориентации молекул влияют не только поляризационные характеристики полевых компонент второй группы, но также и зависимость свойств конечного состояния | () от ориентации молекул.

Таким образом, управляя параметрами полевых компонент первой группы, мы имеем возможность манипулировать зависимостью от ориентации эффективности возбуждения молекул компонентами второй группы.

Затем под данную качественную схему подводится математическая база. При использовании ряда приближений получены аналитические соотношения, позволяющие подобрать схему возбуждения применительно к конкретным молекулам и сделать грубую оценку параметров управляющего лазерного излучения.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»