Диссертация (Процессы, обусловленные лазерно-индуцированным возбуждением электронов и их миграцией в системах с дискретным и зонным энергетическим спектром)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиПоволоцкий Алексей ВалерьевичПроцессы, обусловленные лазерно-индуцированным возбуждением электронов иих миграцией в системах с дискретным и зонным энергетическим спектром01.04.21 – лазерная физикаДиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукНаучный консультантдоктор химических наук, профессорТверьянович Юрий СтаниславовичСанкт-Петербург20172ОглавлениеВведение ...........................................................................................................................

5Глава 1 Обзор современного состояния исследований по теме диссертации ........ 141.1 Лазерно-индуцированный перенос электронов в системах с дискретнымэнергетическим спектром .......................................................................................... 161.2 Лазерно-индуцированная ионизация систем с зонным энергетическимспектром ......................................................................................................................

271.3Лазерно-индуцированныйпереносэлектронамеждусистемамисдискретным и зонным энергетическим спектром .................................................. 411.4 Прямые методы изучения кинетики и динамики фотоиндуцированныхпроцессов .................................................................................................................... 491.5Термодиффузионнаямодельописаниямиграцииэлементовподвоздействием фемтосекундных лазерных импульсов ............................................ 55Глава 2 Основные экспериментальные методы и методики .................................... 612.1 Наносекундная импульсная лазерная спектроскопия ......................................

622.2 Фемтосекундная импульсная лазерная спектроскопия.................................... 642.3 Фемтосекундный лазерный комплекс для возбуждения электронов всистемах с зонным спектром .................................................................................... 672.4 Спектрофотометрия ............................................................................................. 682.5 Спектрофлуориметрия......................................................................................... 692.6 Инфракрасная спектроскопия поглощения ....................................................... 692.7 Электронная микроскопия .................................................................................. 702.8 Комбинационное рассеяние света ......................................................................

702.9 Оптическая микроскопия .................................................................................... 71Глава 3 Лазерно-индуцированный перенос электронов в донорно-акцепторныхсистемах порфирин-фуллерен...................................................................................... 7233.1Синглетныевозбужденныесостоянияосесимметричныхдонорно-акцепторных систем порфирин-фуллерен ............................................................... 733.2 Триплетные состояния осесимметричных донорно-акцепторных системпорфирин-фуллерен ................................................................................................... 813.3 Перенос энергии триплетных состояний осесимметричных донорноакцепторных систем порфирин-фуллерен триплетному кислороду .................... 883.4 Лазерно-индуцированный перенос электронов в осесимметричных донорноакцепторных системах порфирин-фуллерен ...........................................................

913.5 Практическое применение состояния с разделенными зарядами в донорноакцепторных системах ............................................................................................... 97Выводы к главе ........................................................................................................... 99Глава 4 Лазерно-индуцированный перенос электронов в супрамолекулярныхсистемах с биметаллическим ядром ..........................................................................

1014.1 Возбужденные состояния супрамолекулярных систем с биметаллическимядром ......................................................................................................................... 1024.2Лазерно-индуцированноеразрушениесупрамолекулярныхсистемсбиметаллическим ядром .......................................................................................... 1104.3 Роль лазерно-индуцированного переноса электронов в процессе разрушениясупрамолекулярных систем с биметаллическим ядром....................................... 1194.4 Практическое применение процесса лазерно-индуцированного разрушениясупрамолекулярных систем с биметаллическим ядром....................................... 127Выводы к главе .........................................................................................................

130Глава 5 Лазерно-индуцированное возбуждение электронов и их миграция всистемах с зонным спектром...................................................................................... 1325.1 Физико-химические свойства исследуемых систем с зонным спектром ..... 1335.2 Лазерно-индуцированная фотоионизация литиевых ниобофосфатных стекол.................................................................................................................................... 15345.3 Применение термодиффузионной модели к лазерно-индуцированнойдиффузии ионов в стеклах ......................................................................................

1595.4 Взаимодействие возбужденной электронной подсистемы с решеткой ....... 1645.5 Лазерно-индуцированная диффузия ионов в системах с зонных спектром,как результат пространственного разделения зарядов и температурногоградиента ................................................................................................................... 1685.6 Взаимодействие между системами с дискретным и зонным энергетическимиспектрами .................................................................................................................. 1745.7 Практическое применение лазерно-индуцированной миграции электронов иионов в системах с зонным спектром .................................................................... 178Выводы к главе ......................................................................................................... 180Заключение ..................................................................................................................

183Список сокращений и условных обозначений ......................................................... 188Список литературы ..................................................................................................... 1895ВведениеАктуальностьтемыисследования.Одинизсамыхраспространенныхэлектромагнитных процессов в физических системах, происходящих прилазерном возбуждении, – это перенос электрона (из одного локализованногосостояния в другое в системах с дискретным спектром или миграция в системах сзонным спектром). Перенос электрона может сопровождаться различнымиизлучательными и безызлучательными физическими и химическими процессами.Фундаментальныезнанияовлияниилазерно-индуцированногопереносаэлектронов на эти процессы дают возможность попытаться управлять даннымипроцессами, используя лазерное излучение как инструмент управления.Одной из актуальных задач лазерной физики в настоящий момент являетсяисследование методами лазерной спектроскопии фундаментальных свойстввещества и процессов, происходящих при оптическом возбуждении электронов всистемах с дискретным и с зонным энергетическим спектром.

Особый интереспредставляют собой методы исследования с временным разрешением, такие какнаносекундная и фемтосекундная импульсная лазерная спектроскопия. Несмотряна бурное развитие различных современных экспериментальных методов, внастоящее время лазерным методам практически нет альтернативы приисследовании динамики процессов, время протекания которых менее 1 нс,поэтому предложенные в работе лазерные методы исследования, безусловно,являются актуальными.Фотоиндуцированныепроцессывразличныхфизическихсистемахзачастую непосредственно сопровождаются процессом переноса электрона.Поглощение фотона переводит нейтральную молекулу в возбужденное состояниесо значительным изменением ее донорно-акцепторных свойств.

Воздействиенано- или фемтосекундных лазерных импульсов позволяет создавать высокуюконцентрацию молекул в возбужденном состоянии, при этом, в зависимости оттипа молекул, они могут становиться как донорами, так и акцепторами6электронов. Для исследования кинетики процессов, протекающих послеоптического возбуждения, необходимо использовать малую длительностьимпульсов накачки по сравнению с исследуемыми процессами.