Уровень специализации

Программа курса

"ФЕМТОХИМИЯ"

Проф. О.М.Саркисов.

Введение. Как происходит химическая реакция? Появление нового инструментария - световых импульсов длительностью 10-100 фемтосекунд - позволяет получать более глубокие ответы на этот вопрос.

I. Экспериментальная техника, используемые подходы и их особенности.

1. Принципиальные схемы установок для фемтохимических исследований

2. Параметры фемтосекундных импульсов (длительность, форма, чирп и интенсивность ) и методы их измерения. Спектральная ширина фемтосекундных импульсов. Напряженность электрического поля

3. Метод "возбуждение - зондирование" с использованием линейной и нелинейной фемтосекундной спектроскопии

II. Задачи фемтохимии.

1. Динамика внутримолекулярных процессов и переходного состояния при химическом превращении. Когерентный ядерный волновой пакет (вращательный, колебательный, электронный). Динамика волновых процессов в реальном времени. Когерентные эффекты.(I ₂ , NaI, оксазиновые красители, родопсины и т. д. ).

2. Кинетика химических реакций. Быстрые мономолекулярные реакции. (распад CH₃ OOH, разрыв связи и изомеризация красителей и фотохромных соединений). Бимолекулярные реакции в ван-дер-ваальсовых комплексах. (реакция с переносом заряда, реакция H + CO₂ OH + CO). Реакции электронно- возбужденных молекул. Многофотонное поглощение.

3. Управление внутримолекулярной динамикой и элементарным химическим актом.

Прямое воздействие на переходное состояние. реагирующей системы. Влияние фазовых характеристик фемтосекундного импульса. Стимулирование неадиабатических переходов. Искажение поверхности потенциальной энергии вследствие высокой напряженности светового поля (10¹⁰ В / см).

"КОГЕРЕНТНАЯ ХИМИЯ."

Академик А. Л. Бучаченко.

Когерентность - новый образ химии. Понятие когеретности. Волновой пакет. Квантовая и классическая когерентность. Динамика колебательного волнового пакета (на примере молекулы NaI). Спиновая когерентность. Когерентность в электрохимических и гетерогеннных процессах (примеры).

Фаза - новый управляющий параметр в химических процессах (помимо энергии и углового момента). Мозг как когерентная система.

Программа курса

" АСИМПТОТИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ВОЛНОВЫХ ФУНКЦИЙ И ТУННЕЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ" .

Проф.д.ф.-м.н. М.А.Кожушнер.

1. ОДНОЭЛЕКТРОННАЯ АСИМПТОТИКА МНОГОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ.

Понятие о подбaрьерной асимптотике волновых функций. Области физических и химических явлений, где она играет важную роль. Общий вид асимптотики атомных волновых функций (в кулоновском поле). Асимптотические коэффициенты.

Неприменимость традиционных квантово-химческих расчетов для нахождения асимптотик волновых функций. Интегральное уравнение Липпмана-Швингера. Выделение одноэлектронной асимптотики.

Одноэлектронная функция Грина. Квазиклассическое приближение. Математические методы расчета функции Грина. Понятие об эффективном туннельном потенциале. Одноэлектронные асимптотики волновых функций основного состояния томов He, Be, C, Sc. Особенности молекулярных асимптотик. Бензол.

  2. СКАНИРУЮЩАЯ ТУННЕЛЬНАЯ МИКРОСКОПИЯ. ПРЯМАЯ ЗАДАЧА.

Туннельные переходы. Общие представления и примеры: полевая эмиссия, перезарядка, сканирующая туннельная микроскопия (СТМ).

Общее инвариантное представление для амплитуды туннельного перехода. Учет взаимодействия электронов в подбарьерной области. Эффективный туннельный потенциал (ЭТП) вблизи поверхности кристалла. Кулоновская и обменная части. Методы расчета.

Проникновение электрического поля внутрь полупроводника в условиях СТМ. Влияние больших плотностей электрического тока. Основные свойства ЭТП. Координатные зависимости вдоль и перпендикулярно поверхности. Различие между ЭТП и поляризационным потенциалом зеркального изображения. Зависимость ЭТП от квантовых чисел туннелирующего электрона. Учет хемосорбированных частиц в ЭТП и амплитуде перехода. Включение в расчет электронной структуры иглы.

Общее выражение для туннельного тока. Роль интерференции вкладов от различных частей волновой функции.

  3. ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА В СТМ. РАСПОЗНАВАНИЕ АДСОРБИРОВАННЫХ ЧАСТИЦ И УСТАНОВЛЕНИЕ ПРИПОВЕРХНОСТНОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОННОЙ ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ.

Методы решения обратной задачи. Уравнения для неизвестных коэффициентов разложения по заданному базису. Достаточные условия разрешимости уравнений для регулярной поверхности. Требования к экспериментальной методике. Нахождение волновых функций хемосорбированной частицы. ЭТП физадсорбированной частицы - основа решения задачи о туннелировании "через вещество". Вариационный метод расчета подбарьерного рассеяния электрона. Изменение туннельного тока физадсорбированной частицей как индивидуальная метка частицы. Спиновая зависимость амплитуды туннельного перехода вблизи адсорбированного парамагнитного центра. Методы наблюдения ЭПР адсорбированного парамагнитного центра по низкочастотным модуляциям туннельного тока.

Программа курса

" СКАНИРУЮЩАЯ ТУННЕЛЬНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ".

Проф. д.х.н. Б.Р.Шуб.

  Физические основы метода. Туннелирование. Проницаемость барьера. Туннелирование через два барьера. Гетерогенная химия атомного разрешения. Создание активных центров заданного строения. Эксперименты по адсорбции кислорода, оксида углерода, воды, тяжелой воды. Сканирующая туннельная микроскопия и идентификации активных центров в катализе. Достоинства и недостатки метода.

"РИДБЕРГОВСКИЕ СОСТОЯНИЯ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ" .

проф.д.ф.-м.н. Г.В.Голубков.

1. Высоковозбужденные состояния атомов.

Теория Бора. Формула Ридберга, квантовый дефект. Простейшие модели в теории квантового дефекта : модель точечного остова, квазиклассическая теория квантового дефекта, эффекты дальнодействия. Многоканальная теория.

2. Высоковозбужденные молекулы в состояниях, прилегающих к границе ионизационного континуума.

Классификация ридберговских состояний молекул. Базисы состояний в лабораторной системе координат и системе, связанной с молекулой. Определение элементов матрицы реакций через характеристики адиабатических термов. Неадиабатическая связь электронного и ядерного движений. Смешивание с состояниями валентных (неридберговских) конфигураций. Предиссоциация. Метод конфигурационной связи. Интегральный вариант многоканальной теории. Соотношение между различными вариантами теории.

3. Особенности проявления вращательной неадиабатической связи в ридберговских состояний молекулы водорода.

Ридберговские состояния молекулы Н 2 . Свойства неадиабатических волновых функций. Зависимость квантовых дефектов уровней от главного квантового числа. Стробоскопический эффект.

"ГЕТЕРОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ГАЗ-ТВЕРДОЕ ТЕЛО: ИОННЫЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПУЧКИ."

Проф. д.ф.м.н.С.А. Ковалевский.

1. Сечение рассеяния частиц и прицельный параметр.Волновые свойства ионно-молекулярных пучков. Модели поверхности твердого тела.
Рассеяние в центральном поле. Формула Резерфорда. Сечение рассеяния в задаче двух тел. Рассеяние ионов низких энергий. Определение состава поверхности. Поправка на экранирование. Экспериментальные установки.

2. Элементарные процессы при столкновении ионов низкой энергии с поверхностью металлов: нейтрализация, релаксация, реионизация, возбуждение.

Функция распределение по внутренней энергии в столкновительном комплексе и методы управления этим распределением.

Пороговые особенности при рассеянии ионов сверхнизких энергий.

Кинетическая модель рассеяния. Траектории рассеяния. Характерные точки поверхности потенциальной энергии столкновительного комплекса.

Угловые и энергетические зависимости токов рассеяных ионов в процессах возбуждения и реионизации. Восстановление электронного терма столкновительного комплекса по спектроскопическим данным.

3. Фотоэлектронные методы изучения электронной структуры поверхности и их ограничения.

Рссеяние ионов поверхностью содержащей адсорбаты.

Резонансная и Оже нейтрализация.

Восстановление плотности электронных состояний поверхности методом рассеяния ионов низкой энергии на примере рассеяния ионов аргона поверхностью платины покрытой СО и кислородом.

"СПИНОВАЯ ХИМИЯ."

Академик РАН А. Л. Бучаченко.

  Спин в магнитном поле. ЭПР и ЯМР спектроскопия как методы наблюдения за спиновым состоянием частиц. Двуспиновая система и ее спиновые состояния. Спиновые явления: магнитно-полевой эффект, магнитный изотопный эффект, магнитная поляризация ядер и электронов. Магнитные эффекты индуцированные переменными магнитными полями. Спиновый катализ .  

Литература.

1. А.Л.Бучаченко "Химическая поляризация электронов и ядер", М.. Наука, 1974, 245 с.
2. А.Л.Бучаченко "Магнитные эффекты в химических реакциях" Успехи химии, 1976,т.45, 761-793.
3. А.Л.Бучаченко, Р.З.Сагдеев, К.М.Салихов "Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях" Новосибирск, Нвука, 1978.
4. А.Л.Бучаченко "Второе поколение магнитных эффектов в химических реакциях" Успехи химии,1993, т.62(12), с. 1139-1149.

1. Электронный парамагнитный резонанс.
2. Фотохимия.
3. Газожидкостная хроматография.
4. Импульсный фотолиз.
5. Лазеры на органических соединениях.
6. Спектрофлуориметрия.
7. Калориметрия.
8. Спектрофотометрия.
9. Инфракрасная спектроскопия.
10. Вакуумная техника.