Конкурс научных работ 2012 года

Новые данные о спиновой и молекулярной динамике
фотовозбуждённых фуллеренов

Уваров М.Н., Пичугина Т.И., Кулик Л.В., Докторов А.Б., Дзюба С.А.

1. Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность.

Фотовозбуждённые фуллерены в триплетном состоянии являются наноразмерными спиновыми зондами, которые можно применять для изучения методами ЭПР особенностей молекулярной подвижности неупорядоченных сред в нанометровом диапазоне расстояний. Неупорядоченные среды – молекулярные стёкла, полимеры и биологические системы – обладают целым рядом необычных свойств, одним из которых является аномально высокая низкотемпературная подвижность. Эти свойства имеют универсальный характер для разных систем, их исследование представляет значительный интерес. Также данные о свойствах триплетных фуллеренов важны для диагностики и разработки активных сред органических фотовольтаических ячеек.

2. Конкретная решаемая в работе задача и ее значение.

Несмотря на значительный объём представленных в литературе результатов по спиновой и молекулярной динамике фотовозбуждённых фуллеренов, исследований в диапазоне температур от 77 К до 240 К практически не производились. Основной задачей данной работы было, используя данные стационарного и импульсного ЭПР, найти непротиворечивую модель для описания спиновой и молекулярной динамики фуллеренов ³С₆₀ и ³С₇₀ в стеклообразных и полимерных матрицах в данном температурном диапазоне.

3. Используемый подход, его новизна и оригинальность.

Для изучения природы молекулярной динамики фуллеренов ³С₆₀ и ³С₇₀ в стеклообразных и полимерных матрицах при температурах в диапазоне 77 – 240 К применялись методы стационарного и импульсного ЭПР. Триплетное состояние, наблюдаемое в полученных ЭПР спектрах, было описано с помощью точного расчёта эволюции матрицы плотности для трёхуровневой спиновой системы.

4. Полученные результаты и их значимость.

Для объяснения наблюдаемого температурного сужения спектров ЭПР ³С₆₀ и ³С₇₀ в стеклообразных матрицах предложены модели пикосекундных анизотропных псевдовращений молекул 3С60 и наносекундных изотропных переориентаций молекул 3С70. в стеклообразных матрицах предложены модели пикосекундных анизотропных псевдовращений молекул ³С₆₀ и наносекундных изотропных переориентаций молекул ³С₇₀.

Наносекундные изотропные переориентации ³С₇₀ обнаружены при температурах выше 100 К в неупорядоченных средах различного типа, что позволяет говорить об универсальном характере данного явления.

Предложена модель распределения параметров расщепления в нулевом поле внутри ансамбля молекул ³С₇₀ в различных матрицах.

5. Уровень полученных результатов в сравнении с мировым.

В работе получены уникальные данные о подвижности в неупорядоченных средах в нанометровом диапазоне расстояний, которые до этого в мировой литературе отсутствовали. Работа была представлена на 14 международных и 10 всероссийских научных конференциях, доклады на которых вызывали неизменный интерес.

Список публикаций.

1. Уваров М.Н. и Кулик Л.В. Изучение спиновой динамики триплетного фуллерена С₆₀ в стеклообразном орто-терфениле методом электронного спинового эха. Вестник НГУ. Серия: “ФИЗИКА”. – 2007. - Том 2, выпуск 3. - Cтр. 21-26.
2. Uvarov M.N., Kulik L.V., and Dzuba S.A. Spin relaxation of fullerene C₇₀ photoexcited triplet in molecular glasses: Evidence for onset of fast orientational motions of molecules in the matrix near 100 K. The Journal of Chemical Physics. - 2009. -Vol. 131. - P. 144501.
3. M.N. Uvarov, L.V. Kulik, T.I. Pichugina, S.A. Dzuba. Effects of spin transitions degeneracy in pulsed EPR of the fullerene C₇₀ triplet state produced by continuous light illumination. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. - 2011. - Vol. 78. - P.1548-1552.
4. M.N. Uvarov, L.V. Kulik, S.A. Dzuba. Fullerene C₇₀ Triplet Zero-Field Splitting Parameters Revisited by Light-Induced EPR at Thermal Equilibrium Applied Magnetic Resonance. - 2011. - Vol. 40. - №4. - P. 489-499.
5. M.N. Uvarov, L.V. Kulik, A.B. Doktorov, S.A. Dzuba. Isotropic reorientations of fullerene C₇₀ triplet molecules in solid glassy matrices revealed by light-induced electron paramagnetic resonanceThe Journal of Chemical Physics. - 2011. - Vol. 135. - P. 054507.