Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание научно-технической базы для ВУФ-спектроскопии твердых тел в масштабе коротких времен на современных накопителях и лазерах на свободных электронах

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
синхротронное излучение, вакуумная ультрафиолетовая спектроскопия, спектроскопия твердого тела, электронная структура, люминесценция, динамика электронных возбуждений, функциональные материалы, радиационные детекторы, сцинтилляторы

Цель проекта:
Задача проекта определяется его названием: Создание научно-технической базы для ВУФ-спектроскопии твердых тел в масштабе коротких времен на современных накопителях и лазерах на свободных электронах. Цели реализуемого проекта: (а) Модернизация установки Локус на канале накопителя Сибирь-1 в НИЦ "Курчатовский институт"; (б) проведение подготовительных работ для перенесения ее на накопитель Сибирь-2;(в) формирование сообщества потенциальных пользователей станции Локус; (г) воссоздание установки Superlumi с расширенными возможностями для измерений с пикосекундным времен- ным разрешением на канале P66 накопителя PETRA III в немецком центре синхротронного излучения DESY; (д) развитие теоретической базы для анализа данных ВУФ-спектроскопии; (е) интеграция российских исследователей в высокотехнологичную среду европейского исследовательского центра DESY. 1. Исследование электронной структуры новых функциональных материалов, целенаправленный инжиниринг их свойств. 2. Создание научно-технической базы для ВУФ-спектроскопии твердых тел с использованием источников синхротронного изучения в России и Германии 3. Развитие методов ВУФ-спектроскопии

Основные планируемые результаты проекта:
- Модернизация станции Локус для ВУФ-спектроскопии на канале синхротронного излучения накопителя НИЦ "Курчатовский институт" ; начало исследования функциональных материалов на ней: люминофоров для белых светодиодов, сцинтилляторов, сверхпроводников, наноструктурированных материалов; подготовка к перенесению станции Локус на большое накопительное кольцо.
- Воссоздание станции Superlumi на канале синхротронного излучения накопителя PETRAIII немецкого центра синхротронного излучения DESY; реализация на ней методики измерений с пикосекундным временным разрешением с использованием временной структуры синхротронного излучения и лазерной системы.
- Развитие теоретической базы для анализа данных ВУФ-спектроскопии: определение электронной структуры исследуемых веществ; описание структуры возбужденных нанометровых областей, создаваемых поглощением ВУФ-фотонов; оценка длин термализации; определение плотностных эффектов в треках по данным ВУФ-спектроскопии.


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. В результате выполнения проекта в двух центрах синхротронного излучения (НИЦ"Курчатовский институт" и Немецкий центр синхротронного излучения DESY) вступят в строй две станции для вакуумной ультрафиолетовой спектроскопии, которые позволят проводить измерения спектров отражения (пропускания) и возбуждения люминесценции в области 4 - 40 эВ с пикосекундным временным разрешением в области температур 7 - 500 К, люминесценции в области 180 - 1500 нм, также с временным разрешением, кинетики люминесценции, термостимулированной и фотостимулированной люминесценции. На основе проведенных в рамках проекта теоретических исследований, будут разработаны оригинальные программы, позволяющие учитывать электрон-электронное и электрон-фононное взаимодействие в возбужденных областях, а также оценивать длины термализации электронных возбуждений.
2. Методика pump-probe c пикосекундным временным разрешением с использованием синхротронного излучения в ВУФ области будет реализована впервые. Применяемые теоретические разработки также являются пионерскими.
3. В настоящее время сооружение станции для ВУФ-спектроскопии осуществляется в Швеции, на накопителе MAX IV, однако, данная станция будет использовать первичный монохроматор совместно с установкой для фотоэлектронной спектроскопией. Аппаратура для подобных исследований имеется также на накопителе Soleil во Франции и на накопителе Elletra в Италии, однако, в обоих случаях оконечной оборудование (end station) предоставляется и устанавливается пользователями непосредственно перед экспериментом. Опыт использования подобного оборудования показывает несомненное преимущество специализированных станций, которые полностью готовы к эксплуатации и не требуют затрат дорогостоящего пучкового времени на настройку оборудования.
4. В перспективе станцию Локус предполагается перенести с малого накопительного кольца на большое, однако, в рамках настоящего проекта предполагается только проведение подготовительных работ: исследование временной структуры пучка накопителя и проектирование первичного зеркала. Проведение самих работ будет зависеть от финансирования развития станций на большом накопительном кольце.
Перенесение станции Superlumi осуществляется при существенном финансовом участии DESY в рамках проекта "Расширение PETRA III". Риском в данной ситуации является обеспечение финансирования соответствующих работ со стороны DESY/

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Создаваемые станции предназначены для проведения исследований в области физики твердого тела, материаловедения, разработки новых функциональных материалов, физики и диагностики наносистем и наноустройств.
2. Опыт предыдущих исследований продемонстрировал, что ВУФ-спектроскопия необходима при разработке новых сцинтилляторов, люминофоров, лазерных материалов, наносистем и устройств.
3. В настоящее время в мире отсутствуют специализированные станции для вакуумной ультрафиолетовой спектроскопии с использованием синхротронного излучения. Опыт станции Superlumi, по результатам работ на которой за 25 лет опубликовано около 1000 статей в ведущих научных журналах, продемонстрировал потенциал ВУФ-спектроскопии и ее востребованность. По нашим оценкам, введения в строй станций Локус и Superlumi ожидают ученые 29 лабораторий ведущих университетов и НИИ России и Европы, которые специализируются на исследовании и создании люминесцирующих материалов и детекторов излучения.
4. Сообщество пользователей станции Superlumi объединяет 29 исследовательских групп из 14 стран Европы, России и СНГ, при этом использование единой экспериментальной базы способствует эффективному научному сотрудничеству, плодотворному обмену научными идеями и развитию экспериментальных методик. Мы надеемся, что возобновление работы данной станции, и также модернизация станции Локус, которые проводятся с учетом пожеланий пользователей, будут служить дальнейшему развитию международного сотрудничества.

Текущие результаты проекта:
Проводится модернизация станции Локус на канале синхротронного излучения накопителя НИЦ "Курчатовский институт": усовершенствована вакуумная система, повышена эффективность регистрации, подготавливается оборудование для вторичной монохроматизации и одновременного размещения нескольких образцов; создано новое программное обеспечение для управления работой станции, сбора и обработки экспериментальных данных.
Проводятся работы по переносу станции для ВУФ-спектроскопии Superlumi на накопитель PETRAIII немецкого центра синхротронного излучения DESY: на канале P66 сооружается экспериментальный зал, проводятся необходимые коммуникации: заказана новая камера образцов: заказана лазерная система для реализации временных измерений с пикосекундным временным разрешением с использованием схемы pump-probe.
Проведены теоретические работы, посвященные
- описанию структуры возбужденных областей кристалла, создаваемых поглощением высокоэнергетических квантов;
- оценке роли Оже-процессов в создании кластеров возбуждений;
- исследование внутризонной люминесценции как потенциального механизма сверхбыстрых сцинтилляторов;
- описанию распределения по энергии горячих электронов и дырок, создаваемых ВУФ-фотонами;
- выяснению взаимосвязи структуры возбужденных областей, создаваемых в ВУФ-области с плотностными эффектами в треках;
- особенностям размножения электронных возбуждений в наноразмерных объектах.