25 августа, 07:59
Физики определили «молекулярные отпечатки» двух изотопов германия
Ученые Томского политехнического университета в составе международного коллектива впервые подробно изучили, как молекулы двух редких изотопов германия поглощают инфракрасное излучение. На основе этих данных ученые составили подробную «карту линий» — специальный набор спектроскопических признаков, по которым вещество можно будет узнать даже в сложной газовой смеси.
В современной научной литературе нет точных спектроскопических данных разных изотопов германия. У молекулы несколько стабильных изотопов, однако замена одного изотопа на другой меняет массу молекулы, что сдвигает частоту колебания и вращений и меняет весь инфракрасный «рисунок» вещества. Понимание таких изменений крайне важно в астрофизике и планетологии при распознавании молекул в атмосферах планет, а также технологиях получения сверхчистых изотопических разновидностей германия для квантовых технологий и современной электроники.
Ученые ТПУ совместно с коллегами провели исследования двух высокообогащенных изотопологов германия — 72GeH₄ с обогащением 99,9530 % и 73GeH₄ с обогащением 99,896 %. Спектры молекул регистрировались с помощью Фурье-спектрометра высокого разрешения в диапазоне 1 800-4 500 см-1, что позволило различить близко расположенные линии спектров. Исследование поддержано Минобрнауки России (проекты FSWW–2026–0046, FFSR–2025–0003 и FFUF–2024–0016). Результаты работы ученых опубликованы в журнале Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer (Q3, IF: 2,0).
«Молекулы германия относится к классу сложных сферически-симметричных молекул тетраэдрической симметрии. Их спектры устроены очень сложно. Когда молекула поглощает инфракрасный свет, она начинает вращаться и колебаться определенным образом. Если при этом происходит поглощение молекулой внешнего излучения, то молекула может перейти из одного квантового состояния в другое. Каждому такому переходу соответствует своя спектральная линия. В своем исследовании мы анализировали широкий диапазон, особое внимание уделяя области 2 300-3 200 см-1. Это очень сложная область, где находятся 24 сильно взаимодействующие друг с другом полосы поглощения. В ней молекула может находиться сразу в большом числе близких по энергии колебательно-вращательных состояний, которые не существуют независимо, а заметно влияют друг на друга», — отмечает руководитель проекта, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Олег Уленеков.
Для расчета спектроскопических характеристик изотопов ученые использовали модель эффективного гамильтониана, которая позволила связать 7 756 спектральных переходов у изотопа 73GeH₄ и 8 510 спектральных переходов у изотопа 72GeH₄ в единую физическую картину. С помощью специально разработанного математического аппарата в ТПУ «присвоили» конкретным спектральным линиям характеристики квантовых переходов (так называемые квантовые числа), рассчитали энергии уровней и показали, как меняются резонансные взаимодействия при замене изотопа германия. В результате исследования ученые определили 113 спектроскопических параметров для изотопа 73GeH₄ и 72 параметра для 72GeH₄.
«Наши исследования позволили получить не отдельные измерения, а надежную и в высокой степени точную модель, которая описывает множество взаимодействий состояний изотопов германия. Она позволит объяснить уже известные линии и рассчитать спектры там, где экспериментальные данные еще недостаточно полны», — добавляют исполнители проекта, профессора Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Ольга Громова и Елена Бехтерева.
В исследовании принимали участие ученые Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политеха, Института химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых РАН (Нижний Новгород), Института прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород) и Хэйлунцзянского университета (Харбин, Китай).
ТПУ — признанный научный и образовательный центр мирового уровня в области атомной и водородной энергетики, добычи и транспорта нефти и газа, IT, неразрушающего контроля, энергетики и электротехники, электроники, нанотехнологий, биотехнологий.
В нашей колонке рассказываем о последних результатах работы ученых Томского политеха. О самом главном — просто и интересно.
По теме
Показать
Свернуть
Популярное
24 августа, 16:26
В мозге людей с депрессией перестали образовываться новые нервные клетки
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
22 августа, 08:33
Пилоты и бортпроводники оказались лидерами по смертности от рака, связанного с радиацией
Экипажи самолетов проводят много времени на высоте, где получают больше ионизирующего излучения, чем представители сотен других профессий. Новое исследование показало, что на пилотов и бортпроводников приходится самая высокая доля смертей от рака, связанного с воздействием радиации.
25 августа, 06:18
Храп и остановки дыхания во сне связали с эректильной дисфункцией
Проблемы с дыханием во время сна могут отражаться не только на самочувствии днем, но и на интимной жизни мужчин. Новый метаанализ показал, что по мере усугубления таких нарушений во сне показатели эректильной функции снижаются.
24 августа, 16:26
В мозге людей с депрессией перестали образовываться новые нервные клетки
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
22 августа, 17:58
Физики неправильно представляли себе ядра кислорода и неона
Большой адронный коллайдер многие воспринимают как инструмент изучения первых мгновений жизни Вселенной и поиска редких частиц. Но ушедший на обновление ускоритель частиц все еще приносит новые данные и о таких, казалось бы, хорошо изученных объектах, как ядро атома кислорода. Физики ЦЕРН выяснили, что и оно, и ядро атома неона ведут себя не так, как предсказывали модели.
19 августа, 16:07
Найденные в Аравийской пустыне каменные орудия расширили ареал обитания неандертальцев
Вполне возможно, что примерно 55 тысяч лет назад неандертальцы обитали гораздо южнее, чем считалось до сих пор. На то, что они могли приспособиться к жизни в условиях пустыни, указали каменные орудия, обнаруженные на Аравийском полуострове.
31 июля, 14:12
Под лесами Амазонии нашли следы цивилизации с миллионами жителей
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
9 августа, 19:34
В Армении открыли один из самых больших дата-центров в Европе
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
19 августа, 18:31
Россия почти вышла из бензинового кризиса — новые удары по НПЗ все изменили
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
