Золи квантовых точек как источник узконаправленного рентгеновского излучения при оптической накачкеНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 марта 2012 г.-31 декабря 2012 г. Золи квантовых точек как источник узконаправленного рентгеновского излучения при оптической накачке
Результаты этапа: При воздействии излучения рубинового лазера (длина волны генерации 694 нм) на золи сульфида цинка зафиксирована люминесценция в области 480 нм, которая наблюдалась при достижении накачкой порогового значения (в условиях эксперимента ~40 МВт/см2).. Механическое взаимодействие наночастиц ZnS, обусловленное наличием мощной ударной волны, позволяет использовать для объяснения люминесценции не только двухфотонный механизм возбуждения, но и рассмотреть триболюминесценцию, как одну из причин возникновения излучения в антистоксовой области спектра (по отношению к накачке). При возбуждении излучением рубинового лазера при достижении пороговых значений накачки, соответствующих появлению люминесценции в видимой области и, одновременно, образованию ударной волны, было зарегистрировано узконаправленное рентгеновское излучение. Исследовано взаимодействие импульсного лазерного излучения с водными суспензиями детонационных наноалмазов с размером исходных частиц 4-5 нм и их агрегатов размером до 200 нм. Обнаружено вынужденное низкочастотное комбинационное рассеяние света (ВНКР), обусловленное взаимодействием наносекундных импульсов рубинового лазера с акустическими колебаниями наночастиц алмаза. Измерены частотные сдвиги компонент ВНКР. Показано, что для частиц с размером больше 0,18 мкм частотные сдвиги не зависят от размера частиц (и лежат в гигагерцовой области спектра), а при меньшем размере наноалмазов уменьшение размера частиц приводит к увеличению частотного сдвига. При оптическом возбуждении ансамбля наночастиц серебра в спектре электромагнитного излучения, прошедшего исследуемый образец и отраженного от него, появляется дополнительная спектральная компонента, смещенная относительно исходной линии на частоту акустического возбуждения системы наночастиц серебра, лежащую в терагерцовом диапазоне частот. Данная спектральная компонента представляет собой рассеянное на локализованных акустических колебаниях наночастицы серебра электромагнитное излучение (ВНКР).
2 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. Золи квантовых точек как источник узконаправленного рентгеновского излучения при оптической накачке
Результаты этапа: Для подбора оптимальных условий возбуждения направленного рентгеновского излучения лазерными импульсами были проведены детальные исследования фотонно-фононного взаимодействия в наноматериалах. С этой целью изучали рассеяние лазерных импульсов образцами, различающимися по составу, морфологии, структурированности и по размеру наночастиц. В качестве образцов использовали водные золи электропроводящих материалов (серебра), полупроводников (сульфид цинка) и диэлектриков (фторид лантана), золи хлорида натрия в органических растворителях, а также наночастицы серебра, инкорпорированные в полиметилметакрилатную матрицу. Возбуждение осуществлялось наносекундными одиночными импульсами рубинового лазера. Во всех исследованных наноразмерных образцах наблюдалось вынужденное низкочастотное комбинационное рассеяние (ВНКР), обусловленное взаимодействием лазерных импульсов с локализованными акустическими колебаниями наноразмерных элементов исследуемых систем. Коэффициент преобразования возбуждающего излучения в ВНКР составляет 10-26%. Частотные сдвиги компонент ВНКР относительно возбуждающего излучения определяются собственными частотами колебаний наночастиц и лежат в гигагерцовой и терагерцовой области спектра. В суспензиях наночастиц экспериментально зарегистрированы процессы, происходящие вследствие локального нагрева среды под действием лазерного поля: кавитация (образование и схлопывание микропузырьков) и возникновение интенсивной ударной волны. В различных образцах (золях серебра, сульфида цинка и хлорида натрия) зарегистрировано направленное рентгеновское излучение. Экспериментально показано, что наиболее эффективное возбуждение рентгеновского излучения происходит в золе сульфида цинка. Во всех экспериментах, в которых наблюдалось рентгеновское излучение, одновременно регистрировалось излучение ВНКР. Высокая эффективность преобразования волны накачки в рассеянную волну свидетельствует о больших интенсивностях акустического возбуждения в гигагерцовом (или терагерцовом) диапазонах частот. Рассмотрим возможные механизмы получения направленного рентгеновского излучения, отметив тот факт, что одновременно с данной генерацией в исследуемых образцах происходит процесс ВНКР, приводящий к интенсивным акустическим вибрациям наночастиц и, как следствие, к возникновению ударных волн в веществе. Один из возможных механизмов образования рентгеновского излучения аналогичен механизму возникновения рентгеновского излучения при триболюминесценции. Собственная акустическая мода, проявляемая в спектре ВНКР, приводит к изменению объема, и, следовательно, может приводить к механической деформации (разрушению) наночастиц и пространственному разделению заряда. Образовавшийся разрыв можно представить как две разноименно заряженные плоскости, схлопывающиеся и расходящиеся с частотой нескольких ГГц (ТГц). Наличие лазерного поля (порядка ГВт/см2) и поля, создаваемого разноименно заряженными плоскостями, приводит к существенному ускорению электронов, образовавшихся при механическом разрушении наночастицы. Данная физика процесса точно такая же, как и при триболюминесценции, отличие же состоит в наличии лазерного поля, которое не только является причиной механического воздействия на систему, но и вносит существенный вклад в ускорение заряженных частиц. Так как в наших экспериментах установлена однозначная связь между ВНКР и генерацией излучения рентгеновского диапазона, то одним из путей повышения эффективности генерации рентгена является использование схем с более высокой эффективностью преобразования волны накачки в ВНКР. Одной из возможных реализаций данного подхода является использование для возбуждения рентгеновского излучения предварительно модулированного излучения (т.е. использование схемы с двумя кюветами).
3 1 января 2014 г.-15 декабря 2014 г. Золи квантовых точек как источник узконаправленного рентгеновского излучения при оптической накачке
Результаты этапа: Целью проекта было выявление условий генерирования направленного рентгеновского излучения в системах, содержащих наночастицы, при лазерном возбуждении. Был изучен широкий круг объектов, различающихся по физическому состоянию, электрическим свойствам (проводники, полупроводники, диэлектрики), составу, морфологии, степени структурированности, размеру наночастиц или элементов наноструктуры. Они включали наночастицы серебра, сульфида цинка, фторидов редкоземельных элементов, хлорида натрия, детонационных наноалмазов, а также синтетический опал; в качестве образцов использовали золи наночастиц, их порошки, замороженные золи, а также наночастицы, инкорпорированные в твердые матрицы – синтетический опал, мезопористые кремнеземы, кварцевые капилляры, полиметакрилат. Для некоторых систем были разработаны оригинальные методики синтеза. Для исследования воздействия лазерного излучения на полученные системы была создана оригинальная установка на основе рубинового лазера. Установка позволяет регистрировать рентгеновское излучение, низкочастотное комбинационное рассеяние в проходящем и отраженном направлениях, излучение в видимой области спектра (люминесценцию), а также визуально контролировать процессы, происходящие в образце, с помощью высокоскоростной камеры по методу темного поля. Во всех исследованных наноразмерных образцах наблюдалось вынужденное низкочастотное комбинационное рассеяние (ВНКР), обусловленное взаимодействием лазерных импульсов с локализованными акустическими колебаниями наноразмерных элементов исследуемых систем. Коэффициент преобразования возбуждающего излучения в ВНКР составляет 10-20%. Частотные сдвиги компонент ВНКР относительно возбуждающего излучения определяются собственными частотами колебаний наночастиц и лежат в гигагерцовой и терагерцовой области спектра. В золях наночастиц экспериментально зарегистрированы процессы, происходящие вследствие локального нагрева среды под действием лазерного поля: кавитация (образование и схлопывание микропузырьков) и возникновение интенсивной ударной волны. В системах на основе наночастиц сульфида цинка зарегистрирована интенсивная люминесценция – при 480 нм в золях наночастиц и при 480 и 530 нм в замороженных золях. В последнем случае длительность люминесценции превышает 3 с. Наиболее эффективное возбуждение направленного рентгеновского излучения происходит в системах на основе наночастиц сульфида цинка. Излучение регистрировали в виде пятен диаметром в несколько мм на специальной фотопленке, расположенной за алюминиевым фильтром. Появление пятен указывает на направленный характер излучения. Излучение происходит преимущественно в направлении распространения лазерного луча. Показано, что средняя энергия излучения в замороженных золях превышает 25 Кэв. Один из возможных механизмов образования рентгеновского излучения аналогичен механизму возникновения рентгеновского излучения при триболюминесценции. Собственная акустическая мода, проявляемая в спектре ВНКР, приводит к изменению объема, и, следовательно, может приводить к механической деформации (разрушению) наночастиц и пространственному разделению заряда. Образовавшийся разрыв можно представить как две разноименно заряженные плоскости, схлопывающиеся и расходящиеся с частотой нескольких Ггц (Тгц). Наличие лазерного поля (порядка ГВт/см2) и поля, создаваемого разноименно заряженными плоскостями, приводит к существенному ускорению электронов, образовавшихся при механическом разрушении наночастицы. Данная физика процесса точно такая же, как и при триболюминесценции, отличие же состоит в наличии лазерного поля, которое не только является причиной механического воздействия на систему, но и вносит существенный вклад в ускорение заряженных частиц.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".