Zaryadlanmagan atom va molekulalarning shaffof qattiq jism sirti bilan o‘zaro ta’sirining Raman-spektroskopiyasi

Ushbu dissertatsiya ishi Oʻzbekiston Respublikasi Prezidentining 2017-yil 17-fevralidagi № PQ-2789-sonli

Asosiy mavzular

Kirish: Dissertatsiya mavzusining dolzarbligi va zarurati. Hozirgi kunda, gaz oqimlarini boshqarish va turli moddalarning sirtiga ishlov berishga asoslangan yangi ishlanmalar butun dunyo bo'ylab ishlab chiqarishga keng va faol joriy qilinayotgan bir vaqtda, atomlar va molekulalarning qattiq jism sirti bilan oʻzaro ta'sirining fizikaviy xususiyatlarini aniqlash, samarali mexanizm sifatida bu kabi muammolarni hal etishda muhim ilmiy va amaliy ahamiyatga ega bo'lmoqda.
Tadqiqotning respublika fan va texnologiyalari rivojlanishining ustuvor yoʻnalishlariga mosligi: Ushbu dissertatsiya doirasidagi tadqiqotlar Oʻzbekiston respublikasida fan va texnologiyalarni rivojlantirishning II. “Fizika, astronomiya, energetika va mashinasozlik" fundamental tadqiqotlar dasturining ustuvor yoʻnalishi doirasida bajarilgan.
Dissertatsiya mavzusi boʻyicha xorijiy ilmiy tadqiqotlar sharhi: Molekulalar va atomlarning qattiq jism sirti bilan oʻzaro ta'siri hamda lazer nurlanishi ta'sirida geterogen muhitda sirtiy hodisalarini boshqarish boʻyicha tadqiqotlar yetakchi markazlar va oliy oʻquv yurtlarida olib boriladi, jumladan: Institute of Light Physics (Germaniya), University of California, Berkeley (AQSh), Nagoya University (Yaponiya), Leiden University (Niderlandiya), Institute of Nanotechnology and Photonics (AQSh), Hanyang University (Janubiy Koreya), Tsinghua University (Xitoy), Xaddersfild universitety (Buyuk Britaniya), Maks Plank sirt fizikasi instituti (Germaniya), Umumiy fizika instituti (Rossiya), A.F.Ioffe nomli Fizika va texnologiya instituti (Rossiya), Oʻzbekiston Respublikasi Fanlar akademiyasi Ion-plazma va lazer texnologiyalari instituti hamda dunyoning bir qator boshqa ilmiy markazlarida amalga oshirilmoqda.
Muammoning oʻrganilganlik darajasi: Yorug'lik maydonida atom va molekulalarning qattiq jism sirti bilan ta'siri mexanizmlarini oʻrganish modda sirtidagi fizik jarayonlarning fundamental asoslarini, shu jumladan, yangi turdagi texnologiyalar va moddalar ishlab chiqish imkoniyatini yaratadi. N.V.Karlovning ishlarida lazer nuri ta'sirida g'alayonlantirilgan selektiv molekulyar jarayonlarni oʻrganish orqali moddalar va izotoplarni ajratishda qoʻllaniladigan gaz oqimlarini boshqarish, boshqariladigan diffuziya jarayonlari, bug'lanish, kataliz va atmosferaga chiqarilayotgan zararli gazlarni nazorat qilish mumkinligi koʻrsatilgan.
Dissertatsiya tadqiqotining dissertatsiya bajarilgan oliy ta'lim muassasasining ilmiy tadqiqot ishlari rejalari bilan bog'liqligi: Dissertatsiya ishi O'zbekiston Milliy Universiteti Fizika fakultetining ilmiy tadqiqot ishlari rejasi O'zR FA №K-12-004 "Kompozitsion nanomateriallar: berilgan fizik xossali elementlarni ishlab chiqish va sintezlash" Fundamental Tadqiqotlar Dasturi loyihasi (2015-2017-yy.) doirasida, shuningdek, OʻzR FA Issiqlik fizikasi bo'limining (bundan keyin OʻzR FA Ion-plazma va lazer texnologiyalari institutining) № F2-FA-F147 “Birlamchi fotosintez jarayonlarida quyosh energiyasining yuqori samarali aylanishlarining fizik mexanizmlarini oʻrganish" (2012-2016-yy.) tadqiqotlar loyihasi doirasida amalga oshirilgan, bu davrda tadqiqotchi ushbu institutning "Kondensirlangan muhitlar fizikasi" laboratoriyasida tadqiqotlar olib borishda ishtirok qilgan.
Tadqiqotning maqsadi va vazifalari: Dissertatsiya ishining maqsadi “molekula (atom) + sirt" tizimidagi oʻzaro ta'sirning fizik tabiatini raman sochilishi metodi yordamida aniqlash, bu ta'sirda rezonansli lazer nurlanishining rolini hamda bu tizimda fluoressensiyaning oʻzgarishini, shuningdek, lazer nurlanishi yordamida shisha kapillyarlarda diffuz molekulalar oqimini boshqarish mumkinligini va “molekula C60+ ZnO" sirt tizimida elektron bog'lanishining paydo boʻlishini koʻrsatib berishdan iboratdir. Tadqiqotning vazifalari: molekulalar (atom)ning, shu jumladan, C60 fulleren molekulalarining, lazer nuri ta'sirida qattiq jism sirti bilan oʻzaro ta'sirini oʻrganuvchi eksperimental metodlarni ishlab chiqish; rezonans lazer nuri maydonida molekulalarning sirt bilan oʻzaro ta'sirining raman sochilishi, rezonansli raman sochilishi yordamida kuzatish metodlarini ishlab chiqish va bu ta'sirlashish bilan bogʻliq fluoressensiya xossalarini oʻrganish; "molekula+sirt" tizimidagi oʻzaro ta'sirini optik tolalar va tolali interferometrik qurilmalardan foydalangan holda eksperimental oʻrganishning yangi imkoniyatlarini tahlil qilish; adsorbentlarning sirt bilan oʻzaro taʼsirlashuvining fizik prinsiplari qutblanish mexanizmiga asoslanishini va bu asosda ularning sirt bilan bog'lanish adsorbsion potensialining chuqurlashuvini koʻrsatish; shaffof qattiq jism sirtiga adsorbsiyalangan molekulalar (atomlar)ning sirtga bog'lanish energiyasining oʻzgarishi bilan raman sochilishi spektrlari oʻrtasidagi oʻzaro bog'liqlikni aniqlash; kapillyar va mayda gʻovakli shisha filtrlar orqali diffuziyalanayotgan molekulalar oqimini rezonansli lazer nurlanishi yordamida boshqarish usulini ishlab chiqish; raman sochilishining spektral xarakteristikalari boʻyicha C60 molekulalari bilan ZnO sirti oʻrtasida elektron bog'lanish yuzaga kelishini nazorat qilish imkoniyatini oʻrganish.
Tadqiqot obyektlari va predmeti: Dissertatsiya ishida tadqiqot obyekti sifatida shisha sirti (yupqa shisha kapillyar yoki gʻovak shisha) yuzasidagi ksenon atomlari va brom molekulalari, shuningdek, ZnO plyonka sirtiga qoplangan C60 fulleren molekulalari tanlab olindi. Shuningdek, atrof-muhitdagi fizik jarayonlarning murakkab biomolekulalar fluoressensiyasi xarakateristikalariga ta'sirini oʻrganishda xlorofill va biomembranadan foydalanildi. Tadqiqotning predmeti. Quyidagilar tadqiqot predmeti bo'ldi: zaryadlanmagan molekulalar (atomlar)ning shaffof jism sirti bilan oʻzaro ta'siri fizik tabiati, shu jumladan, qutblanish mexanizmi, koʻrsatilgan obyektlarning norezonans va rezonans raman sochilishi, yutilish va fluoressensiyasi spektrlari, C60 fulleren molekulalari bilan rux oksidi sirti oʻrtasida lazer nuri bilan stimulyatsiyalangan kuchli oʻzaro taʼsir mexanizmi, shuningdek, biomembranalardagi xlorofill molekulalari fluoressensiyasi oʻzgarishining fizik mohiyati.
Tadqiqot usullari: Dissertatsiya ishining eksperimental tadqiqotlarida raman, adsorbsion va fluoressent, spektroskopiya metodlaridan foydalanildi. O'rtacha quvvatga ega argon, ksenon hamda geliy-kadmiy lazerlaridan, shuningdek, neodim- granat Nd³+:YAG impulsli lazerdan foydalanildi. Rezonansli gaz oqimini selektiv qayd etish uchun mass-spektrometriya usulidan foydalanildi. ZnO ning nanotuzilmaviy sirtida yupqa qatlamli C60 molekulalari geterotuzilmasining xossalarini va ularga lazer nurlanishining ta'sirini aniqlash uchun atom-kuch mikroskopidan hamda rentgen analizidan foydalanildi.
Tadqiqotning ilmiy yangiligi: molekulalarning (atomlarning) shaffof qattiq jism yuzasi bilan oʻzaro taʼsirini kompleks analitik tadqiqotlar doirasida birinchi marta mass-spektrometriya va Raman spektroskopiyasidan foydalangan holda ushbu oʻzaro ta'sirning sifat hamda miqdoriy tahlilini oʻtkazish usullari ishlab chiqildi va shakllantirildi; birinchi martta zaryadlanmagan molekulalarning (atomlarning) shaffof qattiq jism sirti bilan o'zaro ta'sirini, lazer nuri ta'sirida molekula (atom)ning qutblanishidan vujudga keluvchi dipol momentining shaffof qattiq jism yuzasida shakllanadigan “koʻzguli aksi
Tadqiqotning amaliy natijalari: brom molekulasi va ksenon atomining shisha kapillyarlar orqali diffuziyasi oʻzgarishga lazer nurlanishini ta'sirini oʻrganishga doir eksperimental qurilmalar ishlab chiqildi. Bu qurilmalar molekula/atomlarning shisha sirti bilan oʻzaro ta'sirining mohiyatini, shuningdek, ularga lazer nurlanishining ta'siri fizik jihatlarini oʻrganish imkonini beradi; molekulalar (atomlar)ning shaffof sirt bilan qutblanuvchan oʻzaro ta'siri parametrlari, shu jumladan, bunday tizimni rezonansli lazer nurlari bilan nurlantirilgandagi o'zgarishlari aniqlandi; shaffof sirt va molekula (atom) oʻrtasidagi oʻzaro ta'sir kuchini, tizimdagi raman nurlanishi stoks-antistoks komponentalarining intensivligi va spektrning oʻzgarishiga qarab baholashning yangi usuli yaratildi; geterostrukturali quyosh konvertorlarining samarali ishlashi uchun muhim ahamiyatga ega boʻlgan C60 fulleren molekulalari va ZnO plyonkasi yuzasi oʻrtasida vujudga kelgan elektron bog'lanishni raman sochilish spekrtlaridan foydalangan holda kuzatish mumkinligi birinchi marta koʻrsatib berildi; uzluksiz va davriy rejimlarda ishlovchi lazer nurlanishi bilan ta'sir qilish natijasida fluoressensiya intensivligi hamda uning spektridagi oʻzgarishlardan foydalangan holda murakkab molekulalarning qattiq jism sirti (shu jumladan biomembrandagi xlorofill molekulalari) bilan oʻzaro ta'sirini oʻrganish mumkinligi ko'rsatildi.
Tadqiqot natijalarining ishonchliligi: Norezonans va rezonans raman sochilishi lazer spektroskopiyasi, shuningdek, shisha kapillyarlarda hamda gʻovak shishadagi ikki tomoni ochiq tor kannalardan, fluoressensiya, yuqori sezgir mass-spektrometriya, rentgen analizi va atom-kuch elektron mikroskopiya metodlaridan foydalanilganligi bilan tasdiqlanadi.
Tadqiqot natijalarining ilmiy va amaliy ahamiyati: Dissertatsiya natijalarining ilmiy ahamiyati unda zaryadlanmagan molekulalar (atomlar)ning qattiq jism sirti bilan oʻzaro ta'siri hamda uni lazer nurlanishi ta'sirida kuchaytirish, shuningdek, bu ta'sirni raman sochilishi, ayniqsa, rezonansli raman sochilishi parametrlari boʻyicha nazorat qilish mumkinligini koʻrsatuvchi ilmiy natijalardan iborat. Bunday oʻzaro ta'sir umumiy xarakterga ega ekanligi va nafaqat sirtdagi molekulalarga, balki inert gazlarning atomlariga ham taalluqli boʻlishi mumkinligi ko'rsatib berildi.
Tadqiqot natijalarining joriy qilinganligi: Zaryadlanmagan atom va molekulalarning shaffof qattiq jism sirti bilan oʻzaro ta'sirining Raman-spektroskopiyasini tadqiq etish natijalari asosida: tor kapillyar tizimlar va gʻovak muhitlar orqali gaz oqimlarini boshqarish, shuningdek, shaffof sirtning unda joylashgan molekulalar (atomlar) bilan oʻzaro ta'siri intensivligini nazorat qilish usullari № OT-F2-45; “Взаимодействие структурированного светового поля с нано объектами
XULOSALAR: 1. Ksenon atomlarining shisha yuzasi bilan oʻzaro bog'lanishi, ularning to'lqin uzunligi 488 nm boʻlgan rezonansli lazer nuri bilan yoritilganda vujudga kelishi, eksperiment asosida birinchi marta koʻrsatilgan. Bu holat, sirtga adsorbsiyalangan ksenon atomlarining raman sochilishi spektrida, elektron-tebranish o'tishlariga mos choʻqqilarning paydo boʻlishi bilan asoslanadi. 2. Rezonans lazer nuri ta'sirida ksenon atomlarining adsorbsion potensialining oʻzgarishi va ular bilan qattiq jism yuzasi oʻrtasida bog'lanish hosil boʻlishi miqdoriy jihatdan, rezonansli raman sochilish spektridagi stoks-antistoks komponentlarining spektral xususiyatlari bilan tavsiflash mumkinligi tahlil qilingan. 3. Birinchi marta to'lqin uzunligi 514,5 nm boʻlgan argon lazer nuri ta'sirida gʻovakli membranalardan o'tayotgan brom molekulalari oqimining oʻzgarishi, lazer nurining sirtdagi rezonans molekulalarga qutblovchi ta'siriga asoslangan mexanizmni tasdiqlashi, nazariy va eksperiment asosida isbotlangan. Gaz oqimini boshqarish va izotoplarni oʻzaro ajratish, gʻovaklar ichida hamda membranalarning kirish yuzasida ham diffuziya xususiyatlaridan foydalangan holda amalga oshirilishi mumkinligi tajribada koʻrsatilgan. 4. Dissertatsiyada ko'rsatib berilgan g'ovakli shisha membrana yoki tor kapillyar kanal orqali molekulalar oqimini boshqarish sxemasi, rezonans molekulalar uchun lazer nurining to'lqin uzunligini aniq tanlash orqali, turli modda va izotoplarni ajratishga asoslangan qurilmalarda qoʻllanilishi mumkin. Taklif etilgan usulning energiya samaradorligi har bir molekulaga juda kam miqdorda foton toʻgʻri kelishi sababli, muqobil usullardan sezilarli darajada yuqori boʻlishi ilmiy asoslangan. 5. Geterogen tizimlarda molekulalarning lazer nuri ta'sirida oʻzaro ta'sir potensialidagi oʻzgarishlar bu jarayonda ularning fazoviy oʻtishlardagi fizikaviy xossalarini aniqlash imkonini beruvchi usuldir. Bu usul adsorbsiya, kimyoviy reaksiyalar va hatto molekulalar tuzilishidagi oʻzgarishlar kabi sirt hodisalarni oʻrganish uchun samarali ishlatilishi mumkin. 6. Brom molekulasi va ksenon atomi energiyasining lazer nuri ta'siridagi oʻzgarishi spektroskopiyasi molekulalarning sirtga fizikaviy adsorbsiyasini oʻrganish uchun noyob vositadir. Uning katalizdan to nanofizikaviy jarayonlargacha boʻlgan turli sohalarda keng qoʻllanilishi mumkinligi