1. Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность.
1. Активное использование техники визуализации пространственных распределений заряженных частиц ("imaging technique") в химии газофазных процессов началось в 1987 году. Эта техника позволяет измерить вектор скорости молекулы, при точном знании ее квантовых состояний. Техника состоит в том, что молекула ионизуются с помощью лазера в процессе резонансно-усиленной многофотонной ионизации (РУМФИ), ускоряется электрическим полем и регистрируется детектором с пространственным разрешением. Значение этой техники очень велико: во всём мире РУМФИ является самым распространённым методом изучения процессов газофазной молекулярной динамики и практически повсеместно происходит дополнение этого метода техникой визуализации. Актуальность данной работы связана как с важностью объекта исследований, так и с развитием метода исследований.2. Конкретная решаемая в работе задача и ее значение.
. Регистрация ионов обычно реализуется либо на основе фосфоресцирующего экрана, либо (как у нас) с помощью детектора на линиях задержки (ДЛЗ) с высоким временным разрешением. Применение этого детектора дает большие преимущества, которые лучше всего проиллюстрировать, применяя эту технику для изучения конкретных химических процессов. Если в ранних работах мы изучали в основном процессы фотодиссоциации, то теперь мы начинаем изучать химические реакции. Данный цикл посвящен реакции O(1D) + N2O → 2NO, происходящей внутри димера (N2O)2. Заметим, что сейчас очень многие исследователи применяют технику визуализации, в результате чего самые интересные процессы фотодиссоциации уже изучены, и сейчас во всем мире идет активный поиск процессов, которые стоило бы изучать с помощью этой техники. В наших работах мы пытаемся привлечь внимание к химии и физике кластеров.
3. Используемые подходы, новизна и оригинальность.
Подавляющее большинство авторов-химиков используют технику визуализации в сильно ограниченном двумерном варианте, к тому же только в конфигурации «картографии скоростей» (“velocity map imaging”). Огромные преимущества, которые дает освобождение от этих ограничений, еще не осознаны. Группа К.-Х. Герике (куда с самого начала на правах чуть ли не самого активного участника входит А.И. Чичинин) уже почти 10 лет развивает альтернативную трехмерную двухконфигурационную технику, которая постепенно становится все более популярной. Применение этой трехмерной техники в химии до сих пор является очень новым и оригинальным.
4. Полученные результаты и их значимость.
Впервые показано, что две альтернативные конфигурации – регистрация пространственных распределений зарядов и «картография скоростей» этих же зарядов – легко реализовываются на одном масс-спектрометре, а переключение между ними достигается нажатием кнопки. Усовершенствование простое и очень важное, и это может подтолкнуть исследователей последовать нашему примеру. – Впервые зарегистрирован и понят спектр РУМФИ Ван-дер-Ваальсовых комплексов (N2O)n, причем для интерпретации спектров привлечены квантовохимические расчеты. Это, во-первых, дает спектроскопическую информацию о строении электронных орбиталей таких комплексов, во-вторых, дает возможность изучать реакции внутри таких комплексов. – Изучена динамика внутрикластерной реакции (N2O)2 + hν(193 нм) > N2O• N2 •O(1D) → 2NO +N2, сделан вывод о том, что угловое распределение продуктов реакции очень анизотропно. Кроме того, среди двух образовавшихся молекул NO одна имеет очень высокое вращательное и колебательное возбуждение и рассеяна «вперед», а другая имеет очень низкую вращательную температуру, низкое колебательное возбуждение и рассеяна «назад». Реакция интересна и ярко выраженным анизотропным угловым рассеянием продуктов, и этим очень «несправедливым» распределением колебательной и вращательной энергии среди продуктов реакции, что в будущем может сделать ее объектом большого внимания. – Абсолютно все исследователи, применяющие технику визуализации, всегда ссылаются на один и тот же обзор (M.Ashfold et al., PCCP v.8 (2006) 26), потому что других до сих пор просто не было. Наш обзор написан позже и, надеемся, не хуже. Надеемся, что он тоже станет популярным у широко цитируемым.
5. Уровень полученных результатов в сравнении с мировым.
О полном соответствии результатов мировому уровню свидетельствуют внешние оценки:
– С 2007 по 2009 год эти работы докладывались на 6-ти международных конференциях (2 – в США и 4 – в Европе), из которых авторы смогли принять участие только в одной.
– А.И.Чичинин получил устный доклад на 17-й Европейской конференции, посвященной динамике молекулярных систем (MOLEC XVII), С.-Петербург, 23-29 августа 2008, где доложил работы [1,3]. Эта конференция является главной европейской конференцией по газофазной молекулярной динамике.
– А.А. Рахымжан представил постер на той же конференции, посвященный работе [2].
– После успешного выполнения работы [2] А.А. Рахымжан получил стипендию ДААД (немецко-российский межакадемический обмен) на полгода, начиная с января 2010 г.
– В конце 2008 года А.И.Чичинин и К.-Х. Герике получили предложение от редактора журнала International Review in Physical Chemistry написать обзор по технике визуализации. Обзор был написан и представлен в этом цикле. Заметим, что импакт-фактор этого журнала в 2008 году равен 6.9 (5-е место среди журналов по химии и физике), а авторы выбираются редактором. Это свидетельствует о серьезном вкладе А.И.Чичинина и К.-Х. Герике в развитие техники визуализации.6. Вклад авторского коллектива.
не менее 60 %. В частности, вклад в экспериментальную часть – не меньше 70%, в написание обзора – не меньше 85%.
Список прилагаемых статей.
- N. Goedecke, C. Maul, A.I. Chichinin, S.Kauczok, and K.-H. Gericke , "Complete characterization of the constrained geometry bimolecular reaction O(1D)+N2O> NO+NO by 3D Velocity Map Imaging", J. Chem. Phys.,131 (2009) 054307.
- ] C. Maul, M. Poretskiy, A. Rakhymzhan, and J. Grunenberg, "On the ultraviolet absorption of nitrous oxide and its van der Waals complexes", J. Molec. Spectr., 256 (2009) 80-85.
- S. Kauczok, N. Goedecke, A. I. Chichinin, C. Maul, and K.-H. Gericke, "3D Velocity Map Imaging: Set-up and resolution improvement compared to 3D Ion Imaging", Rev. Sci. Instr., 80 (2009) 083301.
- A.I. Chichinin, S. Kauczok, K.-H. Gericke, and C. Maul , "Imaging chemical reactions -- 3D velocity mapping", Int. Rev. Phys. Chem., 28 (2009), 607--680.