Структура анализируемого соединения, два органических катиона, в котором образуют водородную связь
Молодой научный сотрудник ЮУрГУ работает над исследованием, которое может перевернуть привычные представления об оптических материалах и поможет разработать оптику нового поколения.
Сейчас оптические материалы создаются не только из неорганических материалов (стекло), но и из органических соединений. Это позволяет значительно расширить сферы применения оптики и обеспечить работу в различных режимах, в том числе при низких температурах, что является важной задачей промышленности и современной науки.
Научный сотрудник ЮУрГУ Ирина Юшина стала одной из обладателей гранта по программе поддержки молодых ученых, она уже опубликовала первые результаты своего исследования в высокорейтинговом научном журнале Journal of Raman Spectroscopy. Фундаментальное исследование сделано на стыке физической, квантовой химии и материаловедения. Оно направлено на расширение представлений о необходимых характеристиках структуры соединения для проявления им нелинейно-оптических свойств. По словам ученого, это исследование является следующим этапом разработки материалов для оптики, который уводит современное понимание этого предмета дальше, чем известные всем нам призмы и стекла.
Тема исследования, основанная на поиске и дизайне нелинейных оптических материалов, очень популярна в современной науке в связи с разработкой устройств на основе органических нелинейно-активных проводников.
«Интерес именно к органическим нелинейно-активным соединениям связан с их существенным многообразием. Наше внимание было сосредоточено на поиске таких структур в ряду йодидов гетероциклических соединений. Они привлекают внимание в контексте их разностороннего применения и разнонаправленных свойств: это и органические проводники, и компоненты солнечных батарей, и биологические препараты. Недавно стало известно еще и о нелинейно-оптической активности в этом ряду, поэтому мы сосредоточились на поиске возможных активных соединений именно в этом классе», – объясняет разницу между привычной нам оптикой и оптикой нового поколения Ирина Юшина.
Эта особенность существенно расширяет круг возможных задач оптики. Ведь это означает, что полученное вещество может преобразовывать длину лазерных волн, что расширяет диапазон лазерных возможностей.
Однако поиск и создание этого вещества потребовал от ученых обработки большого количества данных. Для того, чтобы найти нужное соединение, ученые используют теоретические методы, которые позволяют смоделировать структуру веществ и выявить из них наиболее перспективные, а после спрогнозировать проявления ими нелинейно-оптических свойств. Компьютерное моделирование позволяет значительно упростить задачу, иначе ученые были бы вынуждены в поиске нужного вещества, просканировать все многообразие органических соединений, что является невыполнимой задачей.
На данный момент исследователи экспериментально изучили характеристики полийодидов халькогеназоло(азино)хинолиниевого ряда, которые были исследованы теоретическим, экспериментальными спектральными (определение химического состава и строения веществ по их спектру) методами. Ученым удалось синтезировать новое вещество и протестировать его при разных температурах: от комнатной до - 160 °C. На стыке эти методов было показано, что это соединение может быть перспективно в качестве переключателя нелинейно-оптических свойств при низких температурах.
Эта тема разрабатывается в университете под руководством ведущего ученого из Университета Центральной Флориды (США) Артёма Масунова, на базе международной лаборатории многомасштабного моделирования полифункциональных соединений ЮУрГУ. Область научных исследований лаборатории связана с поиском соединений для перспективных оптически активных материалов.
«Наша задача была найти соединение, изучить его свойства и понять в каком диапазоне внешних условий они проявляются. Например, при изменении температуры. Свойства нашего соединения изменяются при низких температурах, а значит, вещество может стать основой не только для лазерных переключателей, но и для термосенсоров», – рассказывает Ирина Юшина.
По словам Ирины Юшиной, на этом исследовании удалось отработать связку: эксперимент-расчет. Этот опыт помог сделать вывод о том, что проведенные нами расчеты совпадают с экспериментальными данными, а в каких-то случаях и опережают их. Это позволит значительно сократить объем необходимых экспериментов, приблизит к направленному поиску новых веществ с необходимыми свойствами.
.jpg)
Экспериментальные и расчетные спектры анализируемого соединения в низкочастотной области при комнатной температуре и при охлаждении
На полученном соединении исследования лаборатории не закончатся. Следующая задача ученых – поиск новых соединений, проявляющих похожие свойства. В планах лаборатории и дальше развивать это популярное научное направление, которое будет развиваться теперь на уровне формирования структурных закономерностей.
Напомним, что в конце 2016 года были оглашены результаты конкурса, проведенного в рамках мероприятия «Поддержка молодой науки» Программы повышения конкурентоспособности. Участниками стали ученые в возрасте до 35 лет. Важной особенностью конкурса стало привлечение внешних экспертов для подведения оценки представленных заявок. Полученные в рамках реализации проектов результаты в течение одного года должны быть опубликованы в ведущих научных изданиях, индексируемых в международных базах данных Scopus и Web оf Science (две основные мировые системы, которые накапливают информацию обо всех значимых научных достижениях).