Библиографическое описание:Когерентная рентгеновская спектроскопия сверхбыстрых фотоиндуцированных процессов. - [Б. м. : б. и.], 2021. - Б. ц. - Текст : непосредственный.
Аннотация:Создание источников рентгеновского излучения на генерации высоких гармоник (HHG, High Harmonic Generation) и рентгеновских лазеров на свободных электронах (XFEL, X-ray Free Electron Laser), позволяющих получать сверхкороткие импульсы, резко расширили область применения рентгеновской спектроскопии и сделали доступным исследование сверхбыстрых физико-химических процессов. Четвертое поколение источников синхротронного излучения и качественный прогресс нового поколения спектрального оборудования позволили исследовать колебательно-впращательную динамику в молекулах и низколежащие коллективные состояния в коррелированных материалах. Значительно расширившийся класс проблем и сложность исследуемых процессов и объектов, включая взаимодействие с несколькими рентгеновскими и оптическими полями, требуют разработки новых теоретических и численных подходов, необходимых как для моделирования исследуемых явлений, так и для предсказания новых эффектов и дизайна новых экспериментов. Настоящий проект посвящен разработке новых теоретических методов рентгеновской спектроскопии для изучения электронно-колебательной динамики в сложных квантовых системах (многоатомных молекулах, молекулярных кластерах и жидкостях), являющихся предметом современных исследований на синхротронах (SR, Synchrotron Radiation), а также на XFEL и HHG источниках рентгеновского излучения. Особое внимание будет уделено таким фотохимическим процессам, как перенос протона в жидкостях и фотодиссоциация, исключительно важная для формирования атмосферы Земли и состава межзвездного вещества. Ключевая цель проекта - полностью охарактеризовать и смоделировать ряд важных явлений связанных с линейным и нелинейным взаимодействием рентгеновского излучения, получаемого с помощью указанных выше современных источников, с молекулярными системами. Мы планируем сконцентрироваться на решении следующих комплексных фундаментальных проблем: 1) интерференции фотонов на нескольких атомарных щелях в случае резонансного неупругого рентгеновского рассеяния (RIXS, Resonant Inelastic X-ray Scattering) с учетом роли сверхбыстрой фрагментации в остовно-возбужденном состоянии; 2) исследовании электронно-вращательно-колебательных эффектов при неадиабатической связи диссоциативных состояний, а также особенностей спектроскопии переходов между несвязанными состояниями (континуум-континуум переходы); 3) разработке новых спектральных методов накачки-зондирования с использованием когерентных коротких инфракрасных и рентгеновских импульсов для исследования изолированных молекул и жидкостей. Двухщелевая интерференция является фундаментальным эффектом, изучаемым на двух атомарных щелях с использованием рассеяния фотонов, электронов и атомов. Рассеяние фотонов, электронов и нейтронов на периодическом многообразии щелей в кристаллах, известное как дифракции Брэгга, является основой современной кристаллографии. Двухщелевая интерференция на двухатомных молекулах изучалась ранее методами RIXS и резонансного Оже рассеяния (RAS, Resonant Auger Scattering) с длиной волны рассеянных частиц, сравнимой с длиной молекулярной связи. Техника электрон-ионных совпадений совместно с RAS позволили экспериментально реализовать мысленный эксперимент Эйнштейна-Бора на двух щелях, используя молекулу кислорода, и подтвердить правильность концепции Бора. Симметричные многоатомные молекулы представляют обширный и до сих пор не исследованный класс систем, промежуточный между двухатомными молекулами и кристаллами. Многощелевая интерференция на многоатомных молекулах, где остовные дырки, локализованные на разных атомных центрах, играют роль щелей, играет фундаментальную роль при формирования спектров RIXS и RAS в области жесткого и мягкого рентгеновского излучения вследствие больших расстояний между атомарными щелями. Проблема многощелевой интерференции в многоатомных молекулах представляет фундаментальный интерес в силу конкуренции интерференции Юнга и вибронного взаимодействия электронных состояний, которые способны независимо друг от друга нарушать правила отбора. Данная фундаментальная, но полностью не исследованная, проблема является актуальной и своевременной задачей, которая в настоящее время стала доступной для экспериментального изучения благодаря современному спектральному разрешению в сочетании с возросшей яркостью перестраиваемых источников поляризованного рентгеновского излучения.Вибронное взаимодействие (ВВ) проявляется практически во всех многоатомных системах, в частности в твердых телах и молекулах. ВВ является типичным атрибутом остовно-возбужденных состояний в силу их сильного вырождения. Поэтому, динамика ВВ в RIXS особенно при наличии диссоциации в остовно-возбужденных состояниях является еще одним важным эффектом, которому будет уделено особое внимание в настоящем проекте. ВВ сильно влияет на спектры RIXS молекул и твердых веществ, нарушая, в частности, правила отбора. До сих пор это явление, хорошо известное в RIXS многих молекул, изучалось только для связанных остовно-возбужденных состояний. Однако роль ВВ в RIXS через диссоциативные состояния до сих пор не изучена. Этот аспект RIXS приобретает решающее значение в планируемых в рамках проекта исследованиях многощелевой интерференции Юнга, которая очень чувствительна к межатомному расстоянию и, вследствие этого, становится динамическим эффектом из-за сильного увеличения расстояния между щелями/атомами в ходе сверхбыстрой диссоциации в возбужденном состоянии. Мы планируем изучить этот фундаментальный эффект теоретически и стимулировать наших коллег-экспериментаторов на конечной станции VERITAS синхротрона MAX-IV (Швеция), специально разработанной для RIXS с высоким разрешением, к проведению экспериментального наблюдения данного эффекта в различных молекулах. Кроме того, мы планируем детально изучить в целом динамику RIXS на переходах между диссоциативными состояниями (так называемые континуум-континуум переходы), когда конечное состояние процесса рассеяния так же не является связанным. Теория континуум-континуум переходов в RIXS на настоящий момент слабо разработана, а последние измерения сверхвысокого разрешения показывают необычное поведение спектров, требующее детального изучения, которое будет проведено в рамках данного проекта.В настоящем проекте мы также изучим различные схемы накачки-зондирования с использованием импульсов накачки в оптическом и инфракрасном (ИК) диапазоне и рентгеновских импульсов пробного поля, получаемых как на синхротронах и XFEL, так и на источниках HHG. Спектроскопия накачки-зондирования является одним из наиболее распространенных и адекватных методов, используемых при изучении сверхбыстрой квантовой динамики электронов и ядер. Мы планируем разработать новые методы накачки-зондирования с использованием в качестве накачки двух задержанных по времени когерентных ИК импульсов, а спектры рентгеновского поглощения (XAS, X-ray Absorption Spectra), RIXS или фотоэлектронные спектры в качестве инструмента наблюдений. Наши предварительные результаты показывают, что соответствующий фазовый сдвиг двух ИК полей приводит к биению рентгеновских спектров пробного поля. Преобразование Фурье рентгеновских спектров позволяет определить суммарный эффект от поля накачки и измерить разницу в распределениях амплитуд Франка-Кондона при остовном возбуждении из основного и возбужденного накачкой колебательных уровней. Одним из основных преимуществ этого нового метода является то, что биение спектра рентгеновского пробного поля позволяет выделить слабый сигнал, индуцированный ИК-излучением, из сильного сигнала поглощения/ионизации с основного колебательного уровня. Использование подобных схем позволит изучить по отдельности рентгеновский отклик с разных колебательных уровней основного электронного состояния и даст возможность исследовать взаимодействие «выделенных» молекул с флуктуирующим локальным окружением. Мы планируем начать наше исследование с разработки программного обеспечения и вычисления зависящих от времени задержки рентгеновских спектров поглощения (XTAS, X-ray Transient Absorption Spectroscopy) молекулы гексафторида серы, возбужденной ИК импульсом и сравнить полученные результаты с экспериментальными данными полученными нашими коллегами-экспериментаторами из Университета Калифорнии (Беркли, США). Следующим пунктом мы планируем исследовать детали ядерной динамики, индуцированной многофотонной ионизацией молекул оксида азота (II), в сотрудничестве с экспериментаторами из Университета Токио (Япония). Более того, для изучения динамики водородной связи в жидкостях в реальном времени мы предлагаем использовать еще одну схему оптической накачки с рентгеновским пробным полем: импульс оптической/ВУФ накачки возбуждает или ионизирует валентную оболочку, вызывая диссоциацию в жидкой фазе; при этом происходит значительное растяжение, что проявляется в сужении и сдвиге спектральной структуры, динамика которой «пробуется» с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) с задержанным во времени коротким рентгеновским импульсом. Аналогичное исследование в режиме реального времени может быть выполнено с использованием схемы «рентгеновская накачка + рентгеновское пробное поле», которая также будет рассмотрена. Еще одной целью проекта будет являться дальнейшее развитие нашего программного обеспечения на основе теории колебательного волнового пакета для моделирования рентгеновских спектров RIXS, XAS, RAS в рамках разрабатываемой нами теории. Новые теоретические наработки будут интегрированы в пакет и будут дополнены пользовательским интерфейсом, который, таким образом, будет представлять собой уникальный программный продукт для решения широкого круга рентгеноспектральных задач. Наши теоретические результаты будут использованы в новых экспериментальных заявках для синхротронных установок (MAX-IV, SOLEIL, SLS) и XFEL (Европейский XFEL, LCLS, SXFEL), где они могут быть проверены и послужат толчком для новых разработок в области нелинейной рентгеновской спектроскопии.
Год издания:2021
Количество экземпляров:
Твёрдая копия издания отсутствует в фонде библиотеки
