Страницы подразделений

Институт в фотографиях

Научные и прикладные результаты лаборатории 04

2004-2010 гг.

Исследование динамического перехода в модельных синтетических мембранах

Возможности метода комбинационного рассеяния использованы для исследования динамики биологических молекул с целью определения сходства и отличий динамического перехода в биосистемах от стеклования органических жидкостей. В качестве модельной биомембраны была использована система липид-вода (Dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC)). Метод КРС дает возможность отслеживать состояние неполярной цепи липида по относительной интенсивности пиков спектра КРС, соответствующих колебаниям C–H и C–C связей (высокочастотный спектральный диапазон). Показано, что интенсивность антисимметричной моды C–H связи уменьшается выше температуры динамического перехода (~200 К). Было обнаружено также, что мода растягивающих C–C колебаний для конфигурации липида в all-trans состоянии также имеет особенность на температуре динамического перехода и уменьшается с ростом температуры при T > 200 K. Полученные данные позволили предложить микроскопическую модель динамического перехода, предполагающую термоактивационные переходы конформационного состояния неполярной цепи липида.

Публикации:

  1. N.V. Surovtsev, E.S. Salnikov, V.K. Malinovsky, L.L. Sveshnikova, S.A. Dzuba “On the low-temperature onset of molecular flexibility in lipid bilayers seen by Raman scattering” // Journal of Physical Chemistry B, v. 112 (2008), pp.12361-12365.
  2. N.V. Surovtsev, S.A. Dzuba “Conformational changes of lipids in bilayers at the dynamical transition near 200 K seen by Raman scattering” // Journal of Physical Chemistry B, v. 113 (2009), pp.15558-15562.

 

Исследование особенностей структуры и динамического отклика в стеклующихся жидкостях и неупорядоченных полимерах

Исследованы особенности однородного и неоднородного уширения линий комбинационного рассеяния света (КРС) в стеклующихся жидкостях (толуол и пиколин). Анализ спектров проводился с помощью функции Фойхта, позволяющей разделить однородное и неоднородное уширение. Было показано, что неоднородное уширение линий имеет следующую температурную зависимость: слабая зависимость ниже Tg (температура стеклования), очень слабая зависимость (или ее отсутствие) для температур выше TA (температура перехода от термоактивационного поведения вязкости выше TA к неаррениусовскому поведению ниже TA) и резкое убывание в диапазоне Tg<T<TA. Результаты интерпретируются как возникновение нанометровых неоднородностей при T = TA, приводящих к появлению эффективного поля, действующего на молекулу. В жидком состоянии при понижении температуры неоднородность поля возрастает. В стеклообразном состоянии структура не изменяется, и температурная зависимость становится слабее.

Экспериментально исследованы особенности, так называемой, быстрой релаксации в стеклующихся материалах методом низкочастотного комбинационного рассеяния света. В спектрах КРС быстрая релаксация проявляется в виде центрального пика с характерной шириной в диапазоне 0.1-1 ТГц. Показано, что быстрая релаксация проявляется уже в стеклообразном состоянии и в ряде случаев хорошо описывается распределением двух-ямных потенциалов. На температуре Tg происходит резкое увеличение интенсивности центрального пика, соответствующего быстрой релаксации, а при некоторой температуре Tс ~ 1.2–1.5Tg интенсивность этого пика становится независящей от температуры.

В сотрудничестве с зарубежными коллегами сегментальная реориентационная динамика в расплавах линейных полимеров полибутадиена, полиизопрена и полидиметилсилоксана исследована методом ядерного магнитного резонанса в пределе больших молекулярных весов. Показано, что релаксационное поведение на низких частотах не является универсальным, отражающим полимерную динамику, а зависит от конкретных межъядерных векторов пар водородных спинов на мономере. Только после вычитания части спектра, соответствующей динамике низкомолекулярного образца (разной для разных полимеров), оставшаяся часть спектра демонстрирует универсальный вид, описывающий чисто полимерную динамику. Этот спектр может быть представлен двумя степенными режимами: один из них относится к раузовской динамике, а второй, на более низких частотах, связан с эффектом переплетения полимерных цепей.

Публикации:

  1. N.V. Surovtsev, S.V. Adichtchev, V.K. Malinovsky “Transition from single-molecule to cooperative dynamics in a simple glass former: Raman line-shape analysis” // Physical Review E, v.76, №2 (2007) n.021502.
  2. N.V. Surovtsev “On the glass-forming ability and short-range bond ordering of liquids” // Chemical Physics Letters, v.477, №1-3 (2009) pp.57-59.
  3. N.V. Surovtsev “Interrelation between fast relaxation and mode-coupling theory temperature in glass formers” // Journal of Physics: Condensed Matter, v.19, №19 (2007), p.196101.
  4. S.V. Adichtchev, N.V. Surovtsev, J. Wiedersich, A. Brodin, V.N. Novikov, E.A. Rössler “Fast relaxation processes in glasses as revealed by depolarized light scattering” // Journal of Non-Crystalline Solids, v.353, №16-17 (2007), pp.1491-1500.
  5. И.В. Проць, В.К. Малиновский, Н.В. Суровцев “Исследование быстрой релаксации в стеклующемся селене методом низкочастотного комбинационного рассеяния света” // Физика и химия стекла, т.34, №1 (2008), с.39-47.
  6. Herrmann A., Kariyo S., Abou Elfadl A., Meier R., Stapf S., Novikov V.N., Rössler E.A. “Universal polymer dynamics revealed by fast field cycling 1H NMR” // Macromolecules, v.42, № 14 (2009) pp. 5236–5243.
  7. Herrmann A., Novikov V.N., Rössler E.A. “Dipolar orientational and
  8. bond correlation function of linear polymers revealed by field cycling 1H
  9. NMR: Crossover from Rouse to entanglement regime” // Macromolecules, v.42, № 6 (2009) pp. 2063–2068.
  10. Abou Elfadl A., Herrmann A., Hintermeyer J., Petzold N., Novikov V.N.,
  11. Rössler E.A. Molecular Weight Dependence of Fragility in Polymers // Macromolecules, v.42, № 17 (2009) pp. 6816–6817.

 

Исследование терагерцового отклика в сегнетоэлектриках

Сегнетоэлектрический переход сопровождается особенностью динамического отклика в гигагерцовом и терагерцовом диапазонах. В этом диапазоне проявляются мягкие моды: колебательного типа для сегнетоэлектриков типа смещения и релаксационного типа для сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок. Существующая теория позволяет достаточно хорошо описать динамический отклик сегнетоэлектриков вблизи температуры фазового перехода. Тем не менее, остается ряд фундаментальных вопросов, требующих изучения: роль релаксационных степеней свободы в сегнетоэлектриках типа смещения, температурный диапазон, где справедливо приближение Ландау - Гинзбурга, влияние нанометровых неоднородностей в сегнетоэлектрических релаксорах на характер фазовых переходов. Было проведено экспериментальное исследование низкочастотного комбинационного рассеяния света (КРС) в ряде характерных сегнетоэлектриков: ниобат лития, танталат лития, дигидрофосфат калия, дейтерированный дигидрофосфат калия, ниобат бария-стронция. Показано, что во всех материалах наблюдается центральный пик, интенсивность которого резко возрастает при приближении к температуре фазового перехода. Результат интерпретирован как отражение роли релаксационных степеней свободы, учет которых важен даже для сегнетоэлектриков типа смещения. В наших работах был также определен температурный диапазон, где справедливо приближение Ландау - Гинзбурга для этих материалов.

Публикации:

  1. N.V. Surovtsev, A.M. Pugachev, V.K. Malinovsky, A.P. Shebanin, S. Kojima “Low-frequency Raman spectra in LiNbO3: Within and beyond the standard paradigm of ferroelectric dynamics” // Physical Review B, v.72, №10 (2005), p.104303.
  2. Н.В. Суровцев, А.М. Пугачев, В.К. Малиновский “Особенности поведения центрального пика в спектрах комбинационного рассеяния света кристалла ниобата лития” // Физика твердого тела, т.48, №6 (2006), с.1030-1034.
  3. А.Г. Кузнецов, Н.В. Суровцев, В.К. Малиновский “Особенности поведения центрального пика в спектрах комбинационного рассеяния света кристалла танталата лития” // Физика твердого тела, т.48, №12 (2006), с.2190-2193.
  4. A.G. Kuznetsov, V.K. Malinovsky, A.M. Pugachev, N.V. Surovtsev “Salient properties of Raman central peak in LiNbO3 and LiTaO3 crystals” // Ferroelectrics, v. 348 (2007), pp.177-181.
  5. В.К. Малиновский, А.М. Пугачев, Н.В. Суровцев “Исследование сегнетоэлектрического фазового перехода в кристалле DKDP методом низкочастотного комбинационного рассеяния света” // Физика твердого тела, т.50, №6 (2008), с.1090-1095.
  6. В.К. Малиновский, А.М. Пугачев, Н.В. Суровцев “Об универсальных закономерностях динамики решетки сегнетоэлектриков” // Физика твердого тела, т.51, №7 (2009), с.1315-1317.
  7. V.K. Malinovsky, A.M. Pugachev, N.V. Surovtsev “Central peak in Raman spectra of ferroelectric KDP and DKDP crystals” // Ferroelectrics, v.379 (2009) pp.43-47.

 

Исследование новых SERS-активных подложек

Эффект усиления отклика вблизи нанометровых кластеров благородных металлов открывает дополнительные возможности при исследовании материалов методом комбинационного рассеяния света (КРС): возможность локализации отклика на масштабе нескольких нанометров, усиление сигнала при исследовании малого количества вещества и изменение правил отбора для КРС. Несмотря на то, что эффект гигантского комбинационного рассеяния света (surface enhanced Raman scattering, SERS) открыт более 30-лет назад, вопросы синтеза наночастиц, создания подложек, воспроизводимость и «время жизни» подложек, проблемы нанесения материалов и ряд других остаются нерешенными. В нашей работе были исследованы подложки для SERS, созданные в Институте полупроводников СО РАН новым методом. Метод заключается в формировании наночастиц серебра при фотохимическом или термическом разложении пленок солей серебра жирных кислот, наносимых на твердую подложку по технологии Ленгмюра - Блоджетт. Было показано, что этот метод дает хорошие воспроизводимые подложки.

Разработанная технология синтеза SERS-активных подложек была использована для изучения SERS от квантовых точек CdS, приготовленных по технологии Лэнгмюр - Блоджетт. Продемонстрировано, что SERS-активная подложка позволяет наблюдать усиление сигнала комбинационного рассеяния от квантовых точек в 700 раз.

Публикации:

  1. N.V. Surovtsev, S.V. Adichtchev, T.A. Duda, L.D. Pokrovsky, L.L. Sveshnikova “New surface-enhanced Raman scattering active substrate fabricated by use of the Langmuir-Blodgett technique” // Journal of Physical Chemistry C, v.114, №11 (2010) pp.4803-4807.
  2. А.Г. Милехин, Л.Л. Свешникова, Т.А. Дуда, Н.В. Суровцев, С.В. Адищев, Д.Р.Т. Цан “Гигантское комбинационное рассеяние света квантовыми точками CdS” // Письма в ЖЭТФ, т.88, №12 (2008), с.918-921.