Сейчас оптические материалы создаются не только из неорганических (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.
Фундаментальное исследование, сделанное на стыке физической и квантовой химии и материаловедения, направлено на расширение представлений о необходимых характеристиках структуры соединения для проявления им нелинейно-оптических свойств. По словам ученого, это следующий этап разработки материалов для оптики, который дает возможность продвинуться в понимании этого предмета дальше, чем известные всем 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, – объясняет Ирина Юшина. – Мы сосредоточились 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.
Обнаруженная особенность существенно расширяет круг возможных задач оптики. Ведь это означает, что полученное вещество может преобразовывать длину лазерных волн, что увеличивает диапазон лазерных возможностей.
Однако поиск и создание подобного вещества требует обработки больших массивов данных. 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 значительно упрощает задачу, избавляя исследователей от заведомо невыполнимой работы – сканировать всё многообразие органических соединений, чтобы найти нужное.
На данный момент теоретическим и экспериментальными спектральными (определение химического состава и строения веществ по их спектру) методами изучены характеристики полийодидов халькогеназоло(азино)хинолиниевого ряда. Ученым удалось синтезировать новое вещество и протестировать его при разных температурах: от комнатной до –160° C. Выяснилось, что полученное 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.
– Задача была найти соединение, изучить его свойства и понять, в каком диапазоне внешних условий они проявляются – например, при изменении температуры. Свойства нашего вещества изменяются при низких температурах, а значит, оно может стать основой не только для лазерных переключателей, но и для термосенсоров, – рассказывает Ирина Юшина.
По ее словам, на этом исследовании удалось отработать связку «эксперимент – расчет». Данный опыт помог сделать вывод о том, что проведенные расчеты совпадают с экспериментальными данными, а в некоторых случаях и предугадывают их. Это позволит значительно сократить объем необходимых экспериментов, приблизит к направленному поиску новых веществ с необходимыми свойствами.
Исследования продолжаются: следующая задача – поиск новых соединений, проявляющих похожие свойства. В планах лаборатории и дальше развивать это популярное научное направление, теперь уже – на уровне формирования структурных закономерностей.
Напомним, что в конце минувшего года оглашены результаты конкурса, проведенного в ходе мероприятия «Поддержка молодой науки» Программы повышения конкурентоспособности вуза в рамках Проекта 5-100. Участниками стали. Важной особенностью интеллектуального состязания, в котором участвовали ученые в возрасте до 35 лет, стало привлечение внешних экспертов для оценки представленных заявок. Полученные в рамках реализации проектов результаты в течение года должны быть опубликованы в ведущих научных изданиях, индексируемых в международных базах данных Scopus и Web оf Science.