24.05.2023 (12:30) Семинар ИОФ РАН "Актуальная физика", № 8

С приглашённым докладом «Генерация широкополосных суперконтинуумов в поле мощных лазерных импульсов среднего и ближнего инфракрасного диапазона» выступит кандидат физико-математических наук Дмитрий Александрович Сидоров-Бирюков, регламент выступления – 50 минут (40 минут доклад, 10 минут вопросы).
После лекции пройдёт награждение победителей конкурса лучших работ, опубликованных учёными ИОФ РАН. Регламент – 10 минут.
В заключительной части семинара будут представлены доклады по лучшим работам, опубликованным учёными ИОФ РАН, отобранные комиссией Учёного Совета ИОФ РАН.
Регламент конкурсных выступлений – не более 15 мин доклад и 5 мин – обязательная дискуссия.

Программа семинара:

1. 

Д.А. Сидоров-Бирюков (1,2,3), А.В. Митрофанов (1,2,3,4), А.А. Воронин (1,2), М.В. Рожко (2), П.Б. Глек (1), М.М. Назаров (3), Е.Е. Серебрянников (1,2), А.Б. Федотов (1,2), А.М. Желтиков (1,2,5)
(1) Физический факультет, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва 119992, Россия
(2) Российский квантовый центр, Сколково, Московская область 143025, Россия
(3) Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва 123182, Россия
(4) ИПЛИТ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Шатура, Московская область, 140700 Россия
(5) Department of Physics and Astronomy, Texas A&M University, College Station TX 77843, USA

Генерация широкополосных суперконтинуумов в поле мощных лазерных импульсов среднего и ближнего инфракрасного диапазона

Изучение физических процессов и новых явлений, возникающих при воздействии мощных лазерных импульсов на вещество, является актуальной задачей современной физики и энергетики. Развитие оптики мощных сверхкоротких лазерных импульсов мотивировано рядом важных задач, стоящих перед учеными в физике сильных световых полей, молекулярной спектроскопии, полупроводниковой электронике, передаче и дистанционном зондировании. Исследование свойств вещества и плазмы в экстремальных условиях открывает возможности создания новых источников энергии, компактных ускорителей заряженных частиц, позволяющих получать электроны с релятивистскими уровнями энергии и источников когерентных рентгеновских импульсов аттосекундной длительности. Особо выделяются задачи, связанные с формированием многооктавных континуумов, которые являются основой для создания субпериодных лазерных импульсов, когерентного синтеза световых сигналов и предоставляют широкий набор инструментов для исследования сверхбыстрой динамики электронов в газах и твердых телах на предельно малых аттосекундных масштабах времени. В этом ключе процесс генерации гармоник высокого порядка оказывается не только перспективным способом получения сверхкоротких импульсов рентгеновского диапазона, но и является уникальным инструментом диагностики плазмы при воздействии на нее сверхмощных лазерных импульсов. С другой стороны, важной задачей является исследование генерации широкополосного низкочастотного излучения со спектром, простирающимся от микроволнового до терагерцового диапазона. Экспериментально продемонстрировано, что возбуждаемые мощным лазерным излучением среднего инфракрасного диапазона плазменные токи становятся источником вторичного сверхширокополосного излучения терагерцового и микроволнового диапазона, обладающего широкой диаграммой направленности, спектральные, пространственные и поляризационные свойства которого могут описываться в соответствии с моделями импульсной антенны.

2. Награждение грамотами победителей конкурса лучших работ, опубликованных учёными ИОФ РАН.

д.ф.-м.н., профессор С.В. Демишев

3. 

Т.Н. Елизарова (1), М.Л. Антопольский (1), Д.О. Новичихин (1, 2), А.М. Скирда (1, 2), А.В. Орлов (1), В.А. Брагина (1), П.И. Никитин (1)

(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
(2) Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия

Прямой одноэтапный метод синтеза положительно заряженных носителей на основе наночастиц золота для эффективной доставки малых интерферирующих РНК

Презентация

На конкурс представлена статья:
T.N. Elizarova, M.L. Antopolsky, D.O. Novichikhin, A.M. Skirda, A.V. Orlov, V.A. Bragina, P.I. Nikitin, “A Straightforward Method for the Development of Positively Charged Gold Nanoparticle-Based Vectors for Effective siRNA Delivery”, Molecules, 28(8), 3318 (2023) DOI https://doi.org/10.3390/molecules28083318

Впервые предложен и продемонстрирован прямой одноэтапный метод синтеза положительно заряженных мультифункциональных золотых наночастиц для применения в качестве наноносителей генно-терапевтических молекул РНК и адресного подавления размножающихся клеток. Созданные наноносители одновременно обеспечивают: сохранность РНК от воздействия ферментов живого организма, проникновение внутрь живых клеток за счет наличия специальных пептидов на поверхности, а также селективное генно-терапевтическое подавление целевых клеток молекулами РНК. Золотые наноносители были охарактеризованы с помощью спектрофотомерии по сдвигу спектров локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР), а также с применением просвечивающей электронной микроскопии. Высокая эффективность синтезированных золотых наноносителей была продемонстрирована на примере адресной доставки малой интерферирующей РНК внутрь модельных клеток линии APRE-19, предварительно трансфицированных геном SEAP, регулирующим синтез эмбриональной щелочной фосфатазы, которую удобно регистрировать методами хемилюминесценции. Показано, что доставленные внутрь клеток молекулы РНК остались неповреждёнными, что позволило осуществить подавление целевого гена клеток APRE-19. Разработанные наноносители удобно контролировать оптически по спектрам ЛППР и применять для внутриклеточной доставки широкого круга отрицательно заряженных макромолекул, таких как антисмысловые олигонуклеотиды, блокирующие синтез необходимых для роста клеток белков, и разнообразные типы генно-терапевтических молекул РНК.

4. 

М.Ю. Рябикин (1,2), М.Ю. Емелин (2), В.В. Стрелков (3,4)

(1) Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
(2) Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
(3) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
(4) Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Долгопрудный, Московская обл., Россия

Аттосекундные электромагнитные импульсы: генерация, измерение и применение. Аттосекундная метрология и спектроскопия

Презентация
На конкурс представлена статья:
М.Ю. Рябикин, М.Ю. Емелин, В. В. Стрелков Аттосекундные электромагнитные импульсы: генерация, измерение и применение. Аттосекундная метрология и спектроскопия Успехи физических наук.—2023.— 193, № 4.— с. 382–405 DOI: 10.3367/UFNr.2021.10.039078

При взаимодействии интенсивного лазерного излучения с веществом происходит генерация гармоник высокого порядка. При определённых условиях фазы гармоник могут быть синхронизованы таким образом, что, складываясь, поля гармоник образуют аттосекундные ультрафиолетовые (или рентгеновские) импульсы. Являясь наиболее короткими полученными на сегодняшний день электромагнитными импульсами, такие импульсы представляют собой уникальный инструмент для прямого измерения процессов аттосекундной длительности, важных для различных областей физики, а также химии, биологии, прикладных наук и др., что определяет актуальность данной тематики. В обзоре обсуждается получение цуга аттосекундных импульсов и одиночного аттосекундного импульса из группы гармоник высокого порядка. Задача измерения длительности аттосекундных импульсов потребовала как серьёзной модернизации методов измерения, известных в фемтосекундной оптике, так и разработки принципиально новых подходов. Описаны основные успешно продемонстрированные к настоящему времени методы измерения аттосекундных импульсов. Обсуждается применение таких импульсов для зондирования динамики электронных процессов в веществе и управление этими процессами на аттосекундных временах.

5. 

Д.П. Терещенко (1), С.Н. Сметанин (1), А.Г. Папашвили (1), К.А. Губина (2), Ю.А. Кочуков (1,2), С.А. Солохин (3), М.Н. Ершков (3), Е.В. Шашков (1), В.E. Шукшин (1), Л.И. Ивлева (1), Е.Э. Дунаева (1), И.С. Воронина (1)

(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
(2) Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
(3) Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева, Ковров, Россия

Обогащение спектра многоволновой пикосекундной генерации синхронно-накачиваемого ВКР-лазера на кристалле Sr(MoO4)0.8(WO4)0.2

Презентация
На конкурс представлена статья:
Д.П. Терещенко, С.Н. Сметанин, А.Г. Папашвили, К.А. Губина, Ю.А. Кочуков, С.А. Солохин, М.Н. Ершков, Е.В. Шашков, В.E. Шукшин, Л.И. Ивлева, Е.Э. Дунаева, И.С. Воронина, “Обогащение спектра многоволновой пикосекундной генерации синхронно-накачиваемого ВКР-лазера на кристалле Sr(MoO4)0.8(WO4)0.2” // Журнал технической физики. – 2023. – Т. 93, вып. 4. – С. 488-494. DOI: https://doi.org/10.21883/JTF.2023.04.55036.270-22

Использование однофазного твердого раствора Sr(MoO4)0.8(WO4)0.2 в качестве активной среды лазера на вынужденном комбинационном рассеянии (ВКР) при синхронной пикосекундной накачке позволило получить генерацию шести компонент ВКР-излучения с малым межволновым интервалом в диапазоне длин волн 1194-1396 нм с комбинированным сдвигом частоты на первой (888 см – 1) и второй (327 см – 1) колебательных модах кристалла. Данная работа актуальна для обеспечения многоцветной двухфотонной микроскопии живых тканей, где используются повторяющиеся с высокой частотой ультракороткие импульсы излучения на различных длинах волн, спектрально позиционированных в терапевтическом окне прозрачности биологических тканей (1000-1400 нм) для резонансного возбуждения различных флуоресцентных белков, таких как mCherry, Cy4, Alexa647, Alexa680, Cy5.5, Alexa700 и др. В настоящей работе впервые в качестве среды ВКР-лазера использован однофазный твердый раствор Sr(MoO4)0.8(WO4)0.2 с повышенной интенсивностью второй колебательной моды. Увеличение интенсивности синхронной накачки с длиной волны 1079 нм выше критического значения, определяемого условием нелинейного захвата фаз комбинационно-параметрического взаимодействия на второй колебательной моде, позволило увеличить число эффективно генерируемых компонент ВКР-излучения до шести при малом межволновом интервале между ними с длинами волн 1194, 1242, 1279, 1294, 1336 и 1396 нм. Две из компонент (1194 и 1336 нм) имели высокочастотный сдвиг частоты на первой колебательной моде, а остальные – комбинированный сдвиг частоты с участием обеих колебательных мод. Эффективность генерации многоволнового ВКР-излучения составила 10 %. При расстройке длины резонатора получено укорочение импульсов для компонент с комбинированным сдвигом частоты до 6 пс, что на порядок короче импульсов накачки (64 пс).

6. 

Субботин К.А. (1,2), Титов А.И. (1,2), Соломатина В.А. (2,3), Хомяков А.В. (2), Пакина Е.Р. (2), Яковлев В.А. (4), Валиев Д.Т. (4), Зыкова М.П. (2), Кулешова К.В. (1,2), Диденко Я.С. (1,2), Лис Д.А. (1), Гришечкин М.Б. (2), Батыгов С.Х. (1), Кузнецов С.В. (1), Аветисов И.Х. (2)

(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
(2) Российский Химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
(3) Институт органической химии им. Зелинского РАН, Москва, Россия
(3) Томский национальный исследовательский политехнический университет, Томск, Россия

Влияние случайных примесей на спектрально-люминесцентные свойства кристалла ZnWO4

Презентация
На конкурс представлена статья:
Subbotin K., Titov, A., Solomatina V., Khomyakov A., Pakina E., Yakovlev V., Valiev, D., Zykova M., Kuleshova K., Didenko Y., Lis D., Grishechkin M., Batygov S., Kuznetsov S., Avetissov I. Influence of Accidental Impurities on the Spectroscopic and Luminescent Properties of ZnWO4 Crystal. - Materials 2023, 16, 2611. DOI:10.3390/ma16072611

Монокристалл ZnWO4 – широко перспективный материал для сцинтилляторов, ВКР-преобразователей, а также лазерная матрица для РЗ-активаторов. Хорошо известной проблемой ZnWO4 является гиперчувствительность его свойств к примеси железа и некоторых других 3d-ионов. Даже в минимальных концентрациях эти примеси дают заметное паразитное оптическое поглощение и интенсивную бежевую окраску кристалла, а также падение его сцинтилляционных характеристик. В рамках представленной НИР разработана простая, надежная и масштабируемая методика глубокой очистки исходных реактивов ZnO и WO3, из которых выращен визуально бесцветный монокристалл ZnWO4, а также исследованы спектрально-люминесцентные свойства этого кристалла (спектры и кинетики затухания люминесценции при УФ-, рентгеновском и катодном возбуждении, спектры поглощения и фотовозбуждения люминесценции) в сравнении с кристаллом-эталоном ZnWO4, выращенным в тех же условиях, но с использованием коммерчески доступных реактивов ZnO и WO3 квалификации «5N» и имеющим бежевую окраску. Показано, что механизм люминесценции обоих кристаллов одинаков при каждом конкретном виде возбуждения. Однако он различен для различных видов возбуждения. Установлено, что примесь железа не только вносит тривиальные потери на перепоглощение люминесценции кристаллов за счет своего паразитного оптического поглощения, но также изменяет и механизмы доставки энергии возбужденного состояния от центров поглощения возбуждающего света к центрам люминесценции. При этом сами данные механизмы даже при УФ-возбуждении сложнее, чем обычная внутрицентровая излучательная релаксация. Вместе с тем, заметного переноса энергии возбуждения от центров люминесценции на ионы железа с последующей безызлучательной релаксацией не происходит даже в кристалле-эталоне. Полученные результаты ставят немало новых вопросов, для ответов на которые предстоит провести дальнейшие исследования данного весьма непростого и достаточно востребованного кристалла.

7. 

К. О. Айыыжы, Е. В. Бармина, И. И. Раков, В. В. Воронов, Г.А. Шафеев

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия

Лазерный синтез рубина и его наночастиц для фотопреобразования солнечного спектра

Презентация
На конкурс представлена статья:
Aiyyzhy K. O., Barmina E. V., Rakov I. I. Voronov, V. V., Shafeev G. A., Laser synthesis of ruby and its nanoparticles for photo-conversion of solar spectrum, Laser Physics Letters (2023), 20(4), 046001. DOI: 10.1088/1612-202X/acb708

Для высших растений, выращиваемых в теплицах в наземных зонах рискованного земледелия, фотопреобразование солнечного излучения в красную область позволит увеличить интенсивность света в этом диапазоне и, как следствие, повысить коэффициент эффективности фотосинтеза. Существующие покрытия на основе полупроводников (CdS, CdSe) или органических красителей являются преобразователями солнечного излучения в красную область. Однако эти покрытия не стабильны под действием солнечного света и быстро разрушаются. Материалы на основе рубина могут стать альтернативой этим преобразователям, так как рубин обладает высокой фотостабильностью и характеризуется сильной фотолюминесценцией вблизи 695 нм.
В работе впервые были получены частицы рубина с различным содержанием Cr3+ (2-10%) путем квазинепрерывного лазерного нагрева смеси промышленных микропорошков Al2O3 и Cr2O3 в воздухе. Полученные зерна рубина имеют средний размер 0,5-1 мм. Установлено, что последующая импульсная лазерная фрагментация этих зерен в изопропаноле приводит к уменьшению среднего размера зерен рубина до 310 нм. Получена карта фотолюминесценции нанокомпозитов фторполимера ЛФ-32 с наночастицами рубина. В настоящее время пленки на основе этих нанокомпозитов тестируются в ИОФ РАН как покрытия теплиц с целью оптимизации условий скорости фотосинтеза.