История кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии неразрывно связана с историей открытия и развития магнитного резонанса.
Открытие Е.К.Завойским в 1944 г. электронного парамагнитного резонанса ЭПР (Electron Spin Resonance) – одного из самых тонких и чувствительных методов исследования строения вещества на атомном уровне – оказало огромное влияние на развитие науки и техники.
Метод ЭПР предназначен для исследования веществ, которые содержат парамагнитные центры т.е. системы с ненулевым электронным спином S > 0. В качестве таких центров могут выступать атомы/ионы переходных и редкоземельных металлов, свободные радикалы, оборванные химические связи и дефекты в решетке. Информация, извлекаемая из анализа спектров ЭПР, позволяет судить о позиции исследуемого центра, влиянии дефекта на кристаллическую решетку, механизмах взаимодействий между эквивалентными или неэквивалентными центрами, степень кристалличности материала и т.д. Используя функционал импульсной ЭПР спектроскопии можно дать характеристику о динамических / релаксационных свойствах центра.
Методы
В лаборатории ЭПР спектроскопии используется современный многофункционального спектрометра Bruker Elexsys E580/E680, который имеет два рабочих частотных диапазона: X (9.6 ГГц) и W (94 ГГц). Техника W-диапазона появилась относительно недавно и необходима для получения высокого спектрального разрешения и большей чувствительности прибора. Спектрометр может работать как в стационарном, так и в импульсном режимах, что позволяет проводить комплексные взаимодополняющие эксперименты.
Многофункциональный спектрометра Bruker Elexsys E580/E680
Оптоволоконная приставка в резонаторную систему, доставляющая свет от лазерного источника к образцу, позволяет исследовать фотоиндуцированные центры. Благодаря проточному гелиевому криостату и температурных контроллеров Oxford Instruments эксперименты могут быть проведены в широком диапазоне от 297 K до 5 K. Имеющийся дополнительный блок радиочастотного генератора дает возможность осуществить метод двойного электрон-ядерного резонанса (ДЭЯР или англ. ENDOR) для исследования сверхтонких и квадрупольных взаимодействий с удаленными ядрами. Модуль E580-400U с возможностью генерации и развертки второй микроволновой частоты предназначен для проведения двойного электрон-электронного резонанса (ДЭЭР или с англ. ELDOR), благодаря которому можно получить информацию о расстояниях между парамагнитными центрами.
Демонстрация метода ДЭЭР для установления расстояния между двумя спиновыми метками
В данной лаборатории имеются следующие научно-исследовательские направления.
- Изучение фосфатов кальция (гидроксиапатит и трикальцийфосфат) с различными примесными ионами (Mn2+, Fe3+, Cu2+, Al3+ и т.д.) в кристаллической решетке. Данные материалы являются основой для создания костных имплантов. Также благодаря пористой структуры, фосфаты кальция могут быть использованы в качестве катализаторов в нефтехимической промышленности.
- Исследование молекулярной структуры ванадиловых комплексов в высоковязкой нефти. Методом ЭПР и ДЭЯР спектроскопии проводится анализ влияния различных растворителей или иных физико-химических воздействий на структуру ванадил-порфириновых комплексов. Глобальная цель – поиск эффективных способов отделения тяжелой асфальтено-содержащей нефти от легкой.
- Анализ полупроводниковых материалов (карбид кремния SiC и двумерный ван-дер-ваальсовый кристалл – гексагональный нитрид бора hBN), содержащие в кристаллической решетке вакансионные дефекты – центры окраски. Данные центры рассматриваются в качестве кубитов для квантовых технологий, поскольку соответствуют основным критериям, а именно наличие электронного спина, оптической поляризации, стабильное зарядовое состояние, достаточное длинные времена релаксации и присутствие когерентного электрон-ядерного взаимодействий.
Аспирантами и студентами получены следующие награды и стипендии
- Победитель конкурса 2022-2024 года на право получения стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам по приоритетным направлениям (Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения.) (Мурзаханов Ф.Ф.)
- Именная стипендия академиков Сагдеевых по химической физике, 2021 г. (Садовникова М.А.)
- Победитель всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов российских вузов. Секция: Новые материалы и способы их конструирования (Диплом 1 места) (2021 г., Москва). (Мурзаханов Ф.Ф.)
- Именная стипендия Мэра г. Казани за активную научную (публикационную) деятельность (2021 г.) (Мурзаханов Ф.Ф.)
- Специальная государственная стипендия академии наук республики Татарстан для аспирантов (Министерство по делам молодежи республики Татарстан), 2021 г. (Мурзаханов Ф.Ф.)
- Победитель конкурса «Студент года 2022» в номинации «лучший аспирант в области естественных и физ-мат наук» (Мурзаханов Ф.Ф.)
- Диплом финалиста Казанской премии имени Е.К. Завойского среди молодых ученых, 2021 г и 2022 г. (дважды) (Мурзаханов Ф.Ф.).
- Стипендия Президента Российской Федерации 2017 г. (Шуртакова Д.В.)
- Стимулирующие выплаты ректора молодым ученым КФУ, осуществляющим перспективные научные исследования (2020 г.) (Мурзаханов Ф.Ф.)
- Именная стипендия академиков Сагдеевых по химической физике, 2019 г. (Мурзаханов Ф.Ф.)
- Благодарственная грамота ректора «Лучший выпускник КФУ», 2019 г (Мурзаханов Ф.Ф.)
- Грант РФФИ поддержки аспирантов, 2020 г (Шуртакова Д.В.)
ы