Магнитный резонанс в исследовании наночастиц: новый учебник по нанотехнологиям, созданный при участии ученых КФУ

Исследование наноразмерных явлений и наноматериалов (то есть нанотехнология) является одной из самых динамичных междисциплинарных областей современной науки, которая продолжает развиваться с поразительной скоростью в различных направлениях.

Нанонаука привлекает огромный интерес широкой общественности, а нанотехнологии провозглашены ключевыми технологиями XXI века. Эта область прогрессирует и изменяется настолько быстро, что начинающие исследователи и студенты, которые пытаются понять суть явлений, теряются в постоянно обновляющемся колоссальном объеме информации. Учебников и вводных курсов по нанотехнологиям катастрофически не хватает.

Учебник под редакцией известного голландского профессора Celso de Mello Donegá (Институт наук о наноматериалах имени Дебая Утрехтского университета) Nanoparticles: Workhorses of Nanoscience ("Наночастицы - рабочие лошадки нанонауки"), изданный издательством Springer в конце 2014 года, призван восполнить этот пробел. Книгу можно условно разделить на три части: фундаментальные физико-химические и физические принципы нанотехнологий, синтез наночастиц и методы изучения наночастиц. Эти части, однако, тесно взаимосвязаны и переплетены с основными принципами формирования структуры всей книги.

Одними из признанных и эффективных экспериментальных методов изучения вещества, в том числе наночастиц, являются методы магнитного резонанса - ядерного магнитного (ЯМР) и электронного парамагнитного (ЭПР), которое было экспериментально обнаружено в стенах Казанского государственного университета его выпускником и доцентом Е.К. Завойским в сложном для страны 1944 году.

Казанская научная школа магнитно-резонансных методов исследования материалов и веществ играла ведущую роль в СССР и признана во всем мировом научном сообществе. Отрадно, что последние главы "наноучебника" посвящены возможностям методов магнитного резонанса в исследованиях наночастиц и были написаны при участии казанских авторов.

Метод ЭПР чувствителен к образованию "свободных" радикалов, возникающих под действием света, электромагнитного или ионизационного облучения. На снимке идет изучение процесса образования донорно-акцепторных пар в допированных наночастицах оксида цинка под действием света. Свет по световоду заводится непосредственно в резонатор ЭПР.

В предпоследней девятой главе обобщен многолетний опыт работы выпускника физфака КГУ, доцента кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Института физики КФУ Сергея Орлинского по разработке и использованию высокочастотных ЭПР спектрометров, в том числе с применением импульсных и мультирезонансных методов для исследования наночастиц. Благодаря его усилиям, слаженной работе коллектива единомышленников, многие из которых имеют богатый опыт исследований в ведущих зарубежных лабораториях, это научное направление активно продолжает развиваться в стенах родного университета и стало весомой частью проекта "Перспективные материалы" в рамках Международного центра магнитного резонанса. Важную роль в этой работе играют доценты Георгий Мамин, Роман Юсупов, руководитель проекта ППК "ЭПР в биологии и медицине" Марат Гафуров, сотрудники и аспиранты Дмитрий Зверев, Юрий Кутьин, Тимур Биктагиров, Борис Явкин и другие.

В 2014 году группой было опубликовано 23 научные работы в журналах, входящих в базу данных Web of Science, импакт фактор которых выше единицы. Более половины из них посвящены исследованиям наноматериалов.

Слева направо на фото: доценты Г.В. Мамин, С.Б. Орлинский, с.н.с. М.Р. Гафуров устанавливают систему для охлаждения образца метеорного наноалмаза, размеры и свойства которого сильно отличаются от земных. Помогут ли эти исследования установить, откуда прилетел метеорит и каков возраст нашей Вселенной?

Заметим, "Наноучебник" доступен для скачивания в сети КФУ с сайта издательства Springer.