Известия Российской академии наук. Серия физическая

Исследованы дифракционные оптические элементы, изготовленные методами контактной печати на бихромированной желатине и прямой лазерной записи по фоторезисту, модифицирующие функцию рассеяния точки для реализации трехмерной флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения. Показано, что оба элемента формируют двухлепестковые вращающиеся световые поля и могут быть использованы для трехмерной наноскопии. Приводятся результаты по трехмерной субдифракционной локализации точечных флуоресцентных меток с оценкой точности восстановления их координат.

Базируясь на численном методе поиска уровней энергий и собственных волновых функций стационарных состояний реализован алгоритм для расчета функции прохождения электронов в произвольном потенциальном поле как в одномерном, так и в двумерном случаях. Результаты сравнены с известными аналитическими и численными решениями. В качестве двумерных наноструктур рассмотрена скрученная нанолента. Предложено обобщение полученных результатов на двумерные трансляционно-инвариантные волноводы: задача вычисления собственных функций и постоянных распространения направляемых мод.

С помощью численного моделирования показана возможность формирования (2D+1) малопериодных (3—5 осцилляций под огибающей) световых пуль в нецентросимметричных средах при генерации второй гармоники и наличии расстроек фазовых и групповых скоростей. Продемонстрировано, что кубичная нелинейность не препятствует формированию пространственно-временных солитонов лишь до определенных значений интенсивности.

Изучено рассеяние предельно коротких оптических импульсов, распространяющихся в среде с углеродными нанотрубками, содержащими металлическую неоднородность. Рассмотрена эволюция 3D импульса, зависящего от трех пространственных координат и одной временной. Электромагнитное поле рассматривалось на основе уравнений Максвелла, дополненных слагаемым, учитывающим многофотонное поглощение углеродных нанотрубок. Установлены особенности взаимодействия импульса с металлической проволокой в исследуемой нелинейной среде.

Методом ЭПР продолжено исследование обменно-связанных пар ионов [Fe⁺ - Fe²⁺], обнаруженных ранее в облученных рентгеновскими лучами кристаллах BaF₂:Fe. Установлено, что основному состоянию исследуемых пар соответствует электронный спиновый мультиплет S = 7/2, расщепленный анизотропной частью обменного взаимодействия и кристаллическим полем так, что основным оказался крамерсовский дублет │±1/2⟩. Обнаружено, что энергетический интервал до следующего спинового дублета │±3/2⟩ примерно соответствует 125 ГГц. Обнаружено, что ближайшими лигандами ионов железа в обменно-связанных парах [Fe⁺ - Fe²⁺] являются восемь ионов фтора, регистрируемых в спектрах ЭПР как структурно эквивалентные. Определены параметры суперсверхтонкого взаимодействия с магнитными моментами ядер этих лигандных ионов. Показано, что наблюдаемые экспериментальные факты явно указывают на то, что обмен между ионами железа в исследуемых парах реализуется в основном по механизму двойного обмена Зенера.

В кристаллах узкозонного полупроводника Pb_1-x-yGd_xCu_yS(x = 1.1‧10⁻³, y = 2.5‧10⁻³) при температурах T = 5—300 К обнаружены необычные зависимости формы линий спектров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) парамагнитных центров Gd³⁺ от температуры и уровня микроволновой мощности в резонаторе спектрометра. На основе анализа параметров формы резонансных линий, зарегистрированных в X-диапазоне, обнаружено, что одной из причин необычных изменений в наблюдаемых спектрах ЭПР центров Gd³⁺ является неравномерное распределение акцепторной примеси меди с образованием областей с различными концентрациями свободных носителей заряда. По-видимому, в этих областях резонансные переходы между спиновыми состояниями центров Gd³⁺ по-разному влияют на величины кинетических характеристик свободных носителей заряда, что приводит к различным вкладам к квазирезонансному поглощению микроволновой мощности.

Разработана методика обнаружения молекул в растворе с помощью люминесцентных наночастиц. Плазмонные наночастицы изменяют их свечение из-за эффектов Парселла и Ферстера, последний ведет к тушению люминесценции. Моделирование этих эффектов в коллоидном растворе позволяет определить условия усиления и тушения, что открывает путь к увеличению чувствительности сенсоров, основанных на люминесценции.

Выполнена оценка степени квантовой запутанности на основе анализа числа мод Шмидта сверхширокополосных бифотонных состояний, генерируемых в фотонно-кристаллическом волокне. Показано, что данные состояния могут иметь высокую степень квантовой запутанности даже в условии накачки источника широкополосными фемтосекундными лазерными импульсами.

Проанализирована возможность использования апковерсионных фторидных наночастиц NaYF₄, допированных ионами Yb³⁺ и Er³⁺, в качестве упорядоченных неинвазивных скрытых меток. Синтезированные апконверсионные фторидные наночастицы осаждали из суспензии на поверхность подложки с метками, используемыми в качестве крупномасштабных маркеров, а затем при помощи сканирующего зондового микроскопа небольшие конгломераты апконверсионных наночастиц переносили на макроскопически значимые расстояния и контролируемо осаждали на чистую поверхность, осуществляя тем самым импринтинг нанообъектов. Процесс переноса и осаждения контролировали при помощи конвенционального оптического микроскопа. В оптическом конфокальном микроскопе были зарегистрированы люминесцентные сигналы от упорядоченно расположенных меток.

При изучении влияния наносекундных импульсных магнитных полей на поведение фотонного эха в образцах YLiF₄: Er³⁺ и LuLiF₄: Er³⁺ обнаружено, что действие импульсного поля сильно зависит от величины и направления изменения постоянного магнитного поля. Наблюдается неожиданное усиление интенсивности фотонного эха при включении двух одинаковых магнитных импульсов, одного — после первого лазерного импульса, второго — после второго лазерного импульса.

Синтезированы частицы NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺/Tm³⁺ в форме стержней размерами 0.21×0.77 мкм², характеризующиеся наличием апконверсионной люминесценцией в видимом и ближнем инфракрасном спектральных диапазонах при облучении на длине волны 980 нм. Показана возможность их применения в качестве мультимодальных люминесцентных сенсоров температуры в диапазоне 250—350 К на основе калибровки ратиометрическим методом спектральных полос на длинах волн 525, 545, 655, 700 и 805 нм, что представляет особый интерес для биологических приложений.

Разработана методика и система комплексной дистанционной диагностики элементов изоляции высоковольтного оборудования подстанций и линий электропередачи, в том числе опорных, подвесных и проходных изоляторов. В основу системы положен принцип одновременного измерения и последующего анализа набора характеристик частичных разрядов высокочастотным (400—800 МГц) и акустическим (30 кГц) датчиками. Выполнено обследование более 50 экземпляров полимерных (ЛК 70/35) и фарфоровых (ИОС 110/400) изоляторов на двух подстанциях ОАО «Сетевая компания» в процессе их функционирования в рабочем режиме. Получены наборы амплитудно-фазовых диаграмм параметров частичных разрядов, по которым можно определять вид и степень влияния дефекта на объект изоляции. Установлены особенности дефектов для электрических сетей 35 и 110 кВ.