Диссертация (1145320), страница 11
Текст из файла (страница 11)
В условиях насыщенного магнитного поляинтенсивность второй гармоники может быть описана следующим образом:22(2) + (2) ± 2 (2) (2)cos ↑↓ (2) ∝ (2.4)Здесь стрелками обозначены взаимно противоположные направления магнитногополя, – сдвиг фазы между «четной» и «нечетной» компонентами поля второйгармоники.Приразрешениемизмерениидлягенерациивозбуждениявторойэлектроннойгармоникиподсистемысвременнымиспользуютсяфемтосекундные лазерные импульсы «накачки». Исследуемый сигнал второйгармоники генерируется от импульсов «зондирования», обладающих существенноменьшей энергией, чем импульсы накачки, и строится зависимость сигнала ВГ отвременной задержки между импульсами «накачки» и «зондирования». Дляописания индуцированных импульсами «накачки» изменений в сигнале ГВГиспользуется выражение:± () = ↑ ()±↓ ()(2.5)0↑ ±0↓где 0↑↓ - интенсивность, измеряемая в отсутствие импульса «накачки».
Приэнергии фотонов используемого фемтосекундного лазера 1.52 эВ значение сдвигафазы не превышает 150 и, таким образом, лазерно-индуцированные изменения22 оказывают незначительное влияние в выражении (2.4). Поскольку ≪ и cos() ≈ 1, можно разделить вклад индуцированных импульсом «накачки»изменений«четного»соответственно:∆ ()и«нечетного»∆ () = �+ () − 1 ≈и∆ () = − ()� + ()−1≈∆ ()компонентов0 ()−(2.6)00 ()−0≈()−00,(2.7)00где , и 0 – компоненты оптического поля ГВГ и намагниченности вотсутствие возбуждения электронной подсистемы. Таким образом, значения∆ ()и∆ ()позволяютэкспериментальноопределитьдинамикувзаимодействия возбужденной электронной подсистемы с фононами и магнонами67соответственно.
Схема измерения ГВГ с временным разрешением представленана рисунке 2.4.Рисунок 2.4 – Схема эксперимента по измерению «четной» и «нечетной»компонент ГВГ с временным разрешением при направлении магнитного поля,перпендикулярном поляризации лазерных импульсов.2.3 Фемтосекундный лазерный комплекс для возбуждения электронов всистемах с зонным спектромДля нелинейного оптического возбуждения электронной подсистемы вфизических системах с зонным энергетическим спектром использовался комплексна базе фемтосекундного лазера.
На рисунке 2.5 представлена блок-схемафемтосекундного лазерного комплекса. Длительность лазерных импульсов 50 фс,длина волны 800 нм, выходная мощность 1.2 Вт, частота следования импульсов11 МГц, спектральная ширина излучения 35 нм, энергия в импульсе 110 нДж[188].68Рисунок 2.5 – Блок-схема фемтосекундного лазерного комплекса для локальноймодификации твердотельных образцов. 1- лазер накачки, 2 – система зеркал, 3 –фемтосекундный лазер, 4 – дампер резонатора, 5 – светоделительная пластина, 6 –микрообъектив, 7 – образец, 8 – трехкоординатный моторизованный линейныйтранслятор, 9 – осветитель, 10 – зеркало, 11 – камера видеонаблюдения, 12 –персональный компьютер.Импульсное излучение фемтосекундного лазера (3) фокусировалось вобъеме стекла (7) при помощи микрообъектива (6).
При необходимостисканирования фокальной областью лазерного излучения в объеме стеклаиспользовался трехкоординатный моторизованный транслятор (8). Наблюдение заизменениями, происходящими в фокальной области, производилось при помощикамеры видеонаблюдения (11) и осветителя (9).2.4 СпектрофотометрияСпектры поглощения исследуемых образцов в УФ, видимом и ближнем ИКдиапазонах измерялись при помощи двухлучевого спектрофотометра Perkin ElmerLambda 1050. Спектральный диапазон измерения от 175 до 3300 нм, спектральноеразрешение 0.05 нм.
Динамический диапазон измеряемой оптической плотности0.0001 – 8.692.5 СпектрофлуориметрияСпектры люминесценции измерялись при помощи спектрофлуориметраHoriba Fluorolog-3 . Спектрофлуориметр представляет собой модульную системус ксеноновой лампой мощностью излучения 450 Вт в качестве источникавозбуждения люминесценции.Параметры монохроматоров возбуждения и регистрации люминесценции:− двойной монохроматор по схеме Черни-Тернера с плоской дифракционнойрешеткой с углом блеска, оптимизированным для ультрафиолетовойобласти (330 нм);− фокусировка сохраняется для длин волн в диапазоне 200 – 950 нм;− полоса пропускания в диапазоне от 0 до 30 нм;− точность установки длины волны – 0.5 нм.Измерение спектров люминесценции и возбуждения люминесценции вфизических систем с дискретным и зонным энергетическими спектрамипроводилось в спектральном диапазоне от 250 до 850 нм с шагом 1 нм. Времянакопления сигнала в каждой точке спектра составляло 0.1 с.2.6 Инфракрасная спектроскопия поглощенияСпектры поглощения исследуемых образцов в ИК диапазоне измерялисьпри помощи Фурье-спектрометра Thermo Scientific Niсolet 8700.
Измеренияпроводились в спектральном диапазоне от 11000 до 350 см-1, с разрешением 0.1см-1. Для измерения ИК спектров использовалась приставка Smart iTR,реализующая метод нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). Вкачестве рабочего кристалла для НПВО в приставке используется пластинаалмаза, приклеенного на ZnSe.702.7 Электронная микроскопияМикрофотографии с фазовым контрастом для локально модифицированныхобластейвобъемесканирующегофосфатныхэлектронногостеколрегистрировалисьмикроскопаZeissMerlin,спомощьюоснащенногоспектрометром энергетической дисперсии Oxford Instruments INCAx-act.Основные характеристики микроскопа:− пространственное разрешение при ускоряющем напряжении 15 кВ: 0.8 нм;− диапазон токов пучка: 10 пA – 300 нA;− чувствительность рентгеновского детектора по элементному составу неменее 5 %;− чувствительность рентгеновского детектора к концентрации: 0,1%;− спектрометр комбинирован с детектором дифракции обратно-рассеянныхэлектронов (EBSD).2.8 Комбинационное рассеяние светаИсследование структурных особенностей физических систем с зоннымэнергетическимспектром,втомчислевобласти,модифицированнойфемтосекундным лазерным излучением, проводилось методом спектроскопиикомбинационного рассеяния света при помощи спектрометра Bruker Senterra.Спектральный диапазон измерения от 80 до 4500 см-1, спектральное разрешение3-5 см-1, пространственное разрешение 1 мкм при использовании х100 кратногомикрообъектива, конфокальное разрешение 2 мкм (спектрометр построен на базеконфокального микроскопа с использованием безимерсионных микрообъективовс кратностью увеличения х4, х10, х20, х50 и х100).
Длины волн штатныхисточников лазерного излучения 488, 532 и 785 нм. Картирование спектров КРС впоперечном сечении локальных модифицированных областей проводилось при71помощи штатного моторизованного предметного столика (точность перемещения0.1 мкм).2.9 Оптическая микроскопияДля получения оптических микрофотографий локально модифицированныхобластей в объеме фосфатных стекол использовался оптический микроскопOlympus BX-51.Микроскоп оснащен набором микрообъективов:− увеличение 5 крат, рабочая дистанция 12 мм, числовая апертура 0.15;− увеличение 10 крат, рабочая дистанция 6.5 мм, числовая апертура 0.30;− увеличение 20 крат, рабочая дистанция 3 мм, числовая апертура 0.45;− увеличение 50 крат, рабочая дистанция 1 мм, числовая апертура 0.80;− увеличение 100 крат, рабочая дистанция 1 мм, числовая апертура 0.90.Электронная регистрация микрофотографий осуществлялась при помощи цветнойцифровой видеокамеры с матрицей размером 2080x1544 пикселей.72Глава 3 Лазерно-индуцированный перенос электронов в донорноакцепторных системах порфирин-фуллеренСистемыпорфирин-фуллеренизвестны,какматериалысярковыраженными донорно-акцепторными свойствами и широко исследуются длясоздания различных фотовольтаических устройств.
В данных системах порфириниспользуется в качестве фотосенсибилизатора и донора электронов, а фуллерен –акцептораэлектронов.Процесспереносаэлектронаможетбытькакмежмолекулярным, когда порфирин и фуллерен не объединены друг с другом никовалентными, ни супрамолекулярными связями, так и внутримолекулярным вслучае вхождения их в качестве компонентов молекулы. Межмолекулярныйпроцесс переноса электрона, как правило, может быть реализован в растворах врезультате столкновительных процессов, однако использование растворов вкачестве фотовольтаических элементов не эффективно и основные усилияисследователей в настоящее время направлены на разработку и изучение систем,в которых может быть реализован внутримолекулярный процесс разделениязарядов. Одной из наиболее важных характеристик разрабатываемых системявляется время жизни состояния с разделенными зарядами, поскольку дляустройств фотовольтаики оно не должно быть менее 1 мкс.
Время жизнисостояниясразделеннымизарядамиопределяетсяконстантойскоростирекомбинации электронов (процесс обратного переноса электрона) и зависит отпространственного разделения донора и акцептора (в данном случае - порфиринаи фуллерена) [189; 190], взаимной относительной ориентации хромофоров, [191;192], природы молекулярных мостиков, связывающих донора и акцептора всистеме [193; 194], состава ядра и лигандного окружения фотосенсибилизатора[195; 196]. В данной главе исследуется процесс разделения зарядов восесимметричных донорно-акцепторных системах порфирин-фуллерен и влияниезаместителей тетрафенилпорфирина на электронно-возбужденные состояниясистемы.73Осесимметричныедонорно-акцепторныесистемыпары,впорфирин-фуллеренпредставляюткоторыхвыступаетпорфиринсобойвролифотосенсибилизатора и донора электрона, а фуллерен – акцептора электрона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
