Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2020
Ключевые слова: рентгеновская спектроскопия, сверхбыстрая динамика, остовные возбуждения, резонансное рентгеновское рассеяние, нелинейная рентгеновская спектроскопия накачки-зондирования, перенос энергии и заряда, механизм Фёрстера, дальнезонный резонансный перенос энергии
Аннотация: Основной фокус нашей работы был связан с исследованием многомодовой динамики в газовой и жидкой фазе уксусной кислоты. С помощью детального анализа теоретических и экспериментальных спектров RIXS мы смогли объяснить эффект аномального подавления колебательной прогрессии в квазиупругом канале RIXS, обусловленного формированием водорПоказать полностьюодных связей в жидкой фазе. Обнаруженный эффект позволил нам предложить новый метод, позволяющий получить количественную характеристику структуры водородных связей, а именно оценить количество молекул уксусной кислоты (мономеров) формирующих цепочку водородных связей в жидкой фазе. Полученная нами величина эффективной длины цепочки — более 3.5 мономеров — не противоречит другими экспериментальным наблюдениям и открывает новые перспективы в использовании методов резонансной рентгеновской спектроскопии для детального исследования локальной структуры и динамики в жидкостях, и, в частности, при исследовании сети водородных связей в различных системах. Особый акцент в нашей работе был сделан на исследовании влияния многомодовой динамики на формирование структуры в жидкой уксусной кислоте с помощью разработанного нами смешанного "стационарно–нестационарного" подхода. При этом, мы сравнили как эффекты многомодовой динамики проявляются в спектрах RIXS изолированной молекулы (мономер) и кластеров уксусной кислоты. Мы продемонстрировали на примере уксусной кислоты возможности разработанного метода для количественного теоретического анализа экспериментальных данных по резонансному рассеянию в конденсированных разупорядоченных средах. После всестороннего изучения колебательной динамики в изолированной молекуле уксусной кислоты мы провели анализ многомодовой динамики в кластере, что позволило нам моделировать спектры XAS и RIXS, формируемые в жидкой фазе, с высокой точностью. Наши исследования включают как квазиупругий, так и неупругие каналы рассеяния — каналы, ведущие в основное и валентно-возбужденные состояния, соответственно. Сравнение наших теоретических результатов с экспериментальными данными, полученными нашими коллегами на синхротроне SLS (Swiss Light Source), позволило создать полноценную картину влияния локальной структуры в жидкой уксусной кислоте на процессы резонансного рентгеновского рассеяния. Нами было проведено сравнение теоретических результатов полученных на качественно разных уровнях теории (DFT и TDDFT, RASPT2, ADC2(x)) для вычисления остовно- и валентно-возбужденных электронных состояний и поверхностей потенциальной энергии. Сравнение с экспериментом позволило осуществить реалистичную калибровку различных уровней теории для исследования многомерной динамики в многоатомных системах с водородной связью, что имеет значительную важность для дальнейших исследований. По результатам полностью завершенного исследования исследования одна статья отправлена в печать, и одна подготовлена к отправке. Параллельно с вышеуказанной работой, мы исследовали рентгеновские спектры воды, и сфокусировались при этом на детальном исследовании ядерной динамики в возбужденных валентных состояниях достигаемых с помощью ранее не исследованных каналов RIXS. Нами были получены принципиально новые результаты по колебательной динамике в валентно-возбужденных состояниях воды. Теоретические исследования сравнивались с экспериментальными данными, что позволило подтвердить применимость используемых нами моделей. Таким образом, мы получили полную картину электрон-ядерной динамики в рентгеновских спектрах воды, а также описали новые интересные феномены возникающие на переходах между диссоциативными состояниями. В данный момент, работа по данной теме полностью закончена, манускрипт готовится к отправке в печать. Кроме этого, мы провели предварительную работу по разработке нового метода квантовых биений в спектроскопии пробного поля, на основе использования инфракрасного (ИК) и рентгеновского излучений. Полученные нами результаты позволяют увидеть, что предложенное нами новое направление может найти новые применения для исследования динамики быстропротекающих процессов. В основе предложенного нами подхода лежит использование специально приготовленного ИК импульса, который является когерентной суперпозицией двух ИК полей с варьируемым временем задержки между ними. В данном методе пробного поля решается ключевая проблема выделения слабого сигнала пробного поля на фоне основного сигнала с помощью использования характерных биений на частоте ИК лазера. Мы предполагаем, что на основе данной схемы может быть развито принципиально новое направление когерентной рентгеновской спектроскопии накачки-зондирования, которое мы планируем развивать в следующие годы. Нами было проведено исследование явлений локализации остовных дырок в условиях сверхбыстрой рентгеновски-индуцированной диссоциации в молекулах SF6. Результаты данного исследования опубликованы в журнале J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. В этом комбинированном теоретическом и экспериментальном исследовании нами были обнаружены значительные спектральные особенности, связанные с динамическим нарушением симметрии, наблюдаемыми в дипольно-запрещенных переходах, при этом показано, что симметрия инверсии начального состояния слабо влияет на спектры. С другой стороны, локальная π/σ-симметрия имеет решающее значение для интерпретации спектров. Некоторые эффекты также наблюдаются при возбуждения на узких резонансах формы за порогом ионизации, а значительная зависимость от поляризации наблюдается при возбуждении на диссоциативное первое остовно-возбужденное состояние. Данный феномен мы объяснили радиационным распадом во время процесса диссоциации, когда распад из несвязывающих орбиталей приводит к формированию атомных спектральных пиков, в то время как связанные орбитали все еще взаимодействуют с молекулярным фрагментом диссоциации.