Выпуски

 / 

2013

 / 

Июнь

  

Из истории физики


Спектроскопия органических молекул в твёрдых матрицах при низких температурах: от эффекта Шпольского к лазерной люминесцентной спектромикроскопии всех эффективно излучающих одиночных молекул

 а, б
а Институт спектроскопии РАН, ул. Физическая 5, Троицк, Москва, 108840, Российская Федерация
б Московский государственный педагогический университет, Москва, Российская Федерация

б0 лет назад, в 1952 г., Э.В. Шпольский и его сотрудники впервые наблюдали эффект возникновения квазилинейчатых спектров сложных органических соединений в специально подобранных растворителях при низких температурах. Спустя 20 лет, в 1972 г., коллективом под руководством Р.И. Персонова был обнаружен эффект лазерного возбуждения тонкоструктурных спектров люминесценции в твёрдых растворах органических красителей. Эти два открытия сыграли важнейшую роль в создании и развитии нового научного направления — селективной лазерной спектроскопии примесных молекул в твёрдых средах. Кульминацией развития этого направления стала техника спектроскопии и люминесцентной микроскопии одиночных молекул в конденсированных средах. К настоящему времени оптическая спектроскопия примесных молекул в твёрдых растворах стала одним из наиболее востребованных инструментов при решении широкого круга междисциплинарных задач в физике, физической химии, оптике и спектроскопии, биофизике, квантовой оптике, нанотехнологиях. В настоящей статье приводится краткий обзор развития данного направления, обсуждаются основные возможности разработанных методов и некоторые результаты проведённых исследований.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
PACS: 42.30.−d, 42.62.−b, 61.43.−j, 61.72.−y, 78.20.−e, 78.47.−p, 78.55.−m (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0183.201306f.0633
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2013/6/f/
Цитата: Наумов А В "Спектроскопия органических молекул в твёрдых матрицах при низких температурах: от эффекта Шпольского к лазерной люминесцентной спектромикроскопии всех эффективно излучающих одиночных молекул" УФН 183 633–652 (2013)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 15 сентября 2012, доработана: 10 марта 2013, 9 октября 2012

English citation: Naumov A V “Low temperature spectroscopy of organic molecules in solid matrices: from the Shpolsky effect to the laser luminescent spectromicroscopy for all effectively emitting single moleculesPhys. Usp. 56 605–622 (2013); DOI: 10.3367/UFNe.0183.201306f.0633

Э.В. Шпольский и Р.И. Персонов — авторы УФН

Список литературы (142) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (77) Похожие статьи (3)

  1. Orrit M, Bernard J, Personov R I J. Phys. Chem. 97 10256 (1993)
  2. Шпольский Э В, Ильина А А, Климова Л А ДАН СССР 87 935 (1952)
  3. Шпольский Э В УФН 77 321 (1962); Shpol'skii E V Sov. Phys. Usp. 5 522 (1962)
  4. Ребане К К Элементарная теория колебательной структуры спектров примесных центров кристаллов (М.: Наука, 1968); Rebane K K Impurity Spectra of Solids. Elementary Theory of Vibrational Structure (New York: Plenum Press, 1970)
  5. Персонов Р И, Альшиц Е И, Быковская Л А Письма в ЖЭТФ 15 609 (1972); Personov R I, Al'shitz E I, Bykovskaya L A JETP Lett. 15 431 (1972)
  6. Kharlamov B M, Personov R I, Bykovskaya L A Opt. Commun. 12 191 (1974)
  7. Гороховский А А, Каарли Р К, Ребане Л А Письма в ЖЭТФ 20 474 (1974); Gorokhovskii A A, Kaarli R K, Rebane L A JETP Lett. 20 216 (1974)
  8. Moerner W E, Kador L Phys. Rev. Lett. 62 2535 (1989)
  9. Orrit M, Bernard J Phys. Rev. Lett. 65 2716 (1990)
  10. Agranovich V M, Hochstrasser R M (Eds) Spectroscopy and Excitation Dynamics of Condensed Molecular Systems (Amsterdam: North-Holland, 1983); Агранович В М, Хохштрассер Р М (Ред.) Спектроскопия и динамика возбуждений в конденсированных молекулярных системах (М.: Наука, 1987)
  11. Gooijer C, Ariese F, Hofstraat J W Shpol'skii Spectroscopy and Other Site Selection Methods : Applications in Environmental Analysis, Bioanalytical Chemistry, and Chemical Physics (Chemical Analysis, Vol. 156) (New York: Wiley-Interscience, 2000)
  12. Трифонов Е Д ДАН СССР 147 826 (1962); Trifonov E D Sov. Phys. Dokl. 7 1105 (1963)
  13. Silsbee R H Phys. Rev. 128 1726 (1962)
  14. Ребане К К, Хижняков В В Оптика и спектроск. 14 362 (1963); Rebane K K, Khizhnyakov V V Opt. Spectrosc. 14 193 (1963)
  15. Ребане К К УФН 143 487 (1984); Rebane K K Sov. Phys. Usp. 27 541 (1984)
  16. Rebane K K J. Luminescence 100 219 (2002)
  17. Maradudin A A Solid State Phys. 18 273 (1966); Марадудин А "Оптические аналоги эффекта Мёссбауэра" Дефекты и колебательный спектр кристаллов. Теоретические и экспериментальные аспекты влияния точечных дефектов и неупорядоченностей на колебания кристаллов (М.: Мир, 1968), Гл. VIII
  18. Sapozhnikov M N Phys. Status Solidi B 75 11 (1976)
  19. Денисов Ю В, Кизель В А Оптика и спектроск. 23 472 (1967); Denisov Yu V, Kizel V A Opt. Spectrosc. 23 251 (1967)
  20. Персонов Р И, Солодунов В В Оптика и спектроск. 23 (4) 590 (1967); Personov R I, Solodunov V V Opt. Spectrosc. 23 317 (1967)
  21. Кизель В А, Сапожников М Н ФТТ 12 2083 (1970)
  22. McCumber D E, Sturge M D J. Appl. Phys. 34 1682 (1963)
  23. Кривоглаз М А ФТТ 6 1707 (1964); Krivoglaz M A Sov. Phys. Solid State 6 1340 (1964)
  24. Szabo A Phys. Rev. Lett. 25 924 (1970)
  25. Volker S Annu. Rev. Phys. Chem. 40 499 (1989)
  26. Henderson B Contemp. Phys. 43 273 (2002)
  27. Norris D J et al. Phys. Rev. B 53 16347 (1996)
  28. Drobizhev M A et al. Chem. Phys. 211 455 (1996)
  29. Feofilov S P et al. Phys. Rev. B 54 R3690 (1996)
  30. Shibata Y, Kurita A, Kushida T J. Chem. Phys. 104 4396 (1996)
  31. Berlin Yu et al. Phys. Life Rev. 3 262 (2006)
  32. Wu H-M et al. J. Phys. Chem. B 101 7654 (1997)
  33. Ariese F, Bader A N, Gooijer C TrAC Trends Analyt. Chem. 27 127 (2008)
  34. Копвиллем У Х, Нагибаров В Р ФММ 15 313 (1963); Kopvillem U Kh, Nagibarov V R Phys. Met. Metallogr. 15 313 (1963)
  35. Kurnit N A, Abella I D, Hartmann S R Phys. Rev. Lett. 13 567 (1964)
  36. Маныкин Э А, Самарцев В В Оптическая эхо-спектроскопия (М.: Наука, 1984)
  37. Евсеев И В, Рубцова Н Н, Самарцев В В Когерентные переходные процессы в оптике (М.: Физматлит, 2010)
  38. Phillips W A (Ed.) Amorphous Solids: Low-Temperature Properties (Berlin: Springer-Verlag, 1981)
  39. Esquinazi P (Ed.) Tunneling Systems in Amorphous and Crystalline Solids (Berlin: Springer, 1998)
  40. Basché T et al. (Eds) Single-Molecule Optical Detection, Imaging and Spectroscopy (Weinheim: Wiley-VCH, 1996)
  41. Plakhotnik T, Donley E A, Wild U P Annu. Rev. Phys. Chem. 48 181 (1997)
  42. Moerner W E, Orrit M Science 283 1670 (1999)
  43. Xie X S, Trautman J K Annu. Rev. Phys. Chem. 49 441 (1998)
  44. Осадько И С Селективная спектроскопия одиночных молекул (М.: Физматлит, 2000); Osad'ko I S Selective Spectroscopy of Single Molecules (Berlin: Springer, 2003)
  45. Barkai E, Jung Y, Silbey R Annu. Rev. Phys. Chem. 55 457 (2004)
  46. Kulzer F, Orrit M Annu. Rev. Phys. Chem. 55 585 (2004)
  47. Наумов А В, Вайнер Ю Г УФН 179 322 (2009); Naumov A V, Vainer Yu G Phys. Usp. 52 298 (2009)
  48. Orrit M, Moerner W E Physics and Chemistry at Low Temperatures (Ed. L Khriachtchev) (Singapore: Pan Stanford Publ., 2011) p. 381
  49. Hettich C et al. Science 298 385 (2002)
  50. Rezus Y L A et al. Phys. Rev. Lett. 108 093601 (2012)
  51. Jasny J et al. Rev. Sci. Instrum. 67 1425 (1996)
  52. Güttler F et al. Chem. Phys. Lett. 217 393 (1994)
  53. van Oijen A M et al. Chem. Phys. Lett. 292 183 (1998)
  54. Rust M J, Bates M, Zhuang X Nature Methods 3 793 (2006)
  55. Hell S W Science 316 1153 (2007)
  56. Habuchi S, Onda S, Vacha M Phys. Chem. Chem. Phys. 13 1743 (2011)
  57. Pavani S R P et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106 2995 (2009)
  58. Pavani S R P, Piestun R Opt. Express 16 22048 (2008)
  59. Naumov A V et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 13 1734 (2011)
  60. Eremchev I Yu, Vainer Yu G, Naumov A V, Kador L Phys. Chem. Chem. Phys. 13 1843 (2011)
  61. Parker C A Photoluminescence of Solutions. With Applications to Photochemistry and Analytical Chemistry (Amsterdam: Elsevier, 1968)
  62. Шпольский Э В УФН 80 255 (1963); Shpol'skii E V Sov. Phys. Usp. 6 411 (1963)
  63. Персонов Р И и др. ФТТ 13 2653 (1971); Personov R I et al. Sov. Phys. Solid State 13 2224 (1972)
  64. Болотникова Т Н и др. Оптика и спектроск. 53 823 (1982); Bolotnikova T N et al. Opt. Spectrosc. 53 491 (1982)
  65. Болотникова Т Н, Нерсесова Г Н, Эгенбург Ф Л Журн. физ. химии 57 2615 (1983)
  66. Гастилович Е А УФН 161 (7) 83 (1991); Gastilovich E A Sov. Phys. Usp. 34 592 (1991)
  67. Иванов И Е, Наумова Т М Оптика и спектроск. 67 105 (1989); Ivanov I E, Naumova T M Opt. Spectrosc. 67 58 (1989)
  68. Нерсесова Г Н и др. Оптика и спектроск. 54 635 (1983); Nersesova G N et al. Opt. Spectrosc. 54 376 (1983)
  69. Никитина А Н, Васильева И А Оптика и спектроск. 59 108 (1985); Nikitina A N, Vasileva I A Opt. Spectrosc. 59 63 (1985)
  70. Арабей С М и др. Журн. приклад. спектроск. 40 (1) 92 (1984); Arabei S M et al. J. Appl. Spectrosc. 40 73 (1984)
  71. Наумова Н Л, Васильева И А, Осадько И С, Наумов А В Оптика и спектроск. 98 585 (2005); Naumova N L, Vasil'eva I A, Osad'ko I S, Naumov A V Opt. Spectrosc. 98 535 (2005)
  72. Brus L E, Bondybey V E J. Chem. Phys. 63 3123 (1975)
  73. Yang H-S et al. J. Luminescence 83 - 84 139 (1999)
  74. Korotaev O N et al. Chem. Phys. Lett. 110 533 (1984)
  75. Коротаев О Н, Юрченко А И, Карпов В П Оптика и спектроск. 61 756 (1986); Korotaev O N, Yurchenko A I, Karpov V P Opt. Spectrosc. 61 474 (1986)
  76. Al'shits E I, Kharlamov B M, Ulitsky N I J. Opt. Soc. Am. B 9 950 (1992)
  77. Снегирев Е П и др. Оптика и спектроск. 84 47 (1998); Snegirev E P et al. Opt. Spectrosc. 84 40 (1998)
  78. Ulitsky N I et al. Spectrochim. Acta A 55 2015 (1999)
  79. Улицкий Н И, Снегирев Е П, Персонов Р И Оптика и спектроск. 92 931 (2002); Ulitskii N I, Snegirev E P, Personov R I Opt. Spectrosc. 92 859 (2002)
  80. Jankowiak R, Small G J Science 237 618 (1987)
  81. Осадько И С ФТТ 13 1178 (1971); Osad'ko I S Sov. Phys. Solid State 13 974 (1971)
  82. Осадько И С ФТТ 14 2927 (1972); Osad'ko I S Sov. Phys. Solid State 14 2522 (1973)
  83. Осадько И С ФТТ 17 3180 (1975); Osad'ko I S Sov. Phys. Solid State 17 2098 (1975)
  84. Kanematsu Y, Ahn J S, Kushida T J. Luminescence 53 235 (1992)
  85. Vainer Yu G, Kol'chenko M A, Naumov A V, Personov R I, Zilker S J J. Luminescence 86 265 (2000)
  86. Anderson P W, Halperin B I, Varma C M Philos. Mag. 25 (1) 1 (1972)
  87. Phillips W A J. Low Temp. Phys. 7 351 (1972)
  88. Klauder J R, Anderson P W Phys. Rev. 125 912 (1962)
  89. Hsu D, Skinner J L J. Chem. Phys. 81 5471 (1984)
  90. Hsu D, Skinner J L J. Chem. Phys. 83 2097 (1985)
  91. Hsu D, Skinner J L J. Chem. Phys. 83 2107 (1985)
  92. Hsu D, Skinner J L J. Chem. Phys. 87 54 (1987)
  93. Балыкин В И и др. Письма в ЖЭТФ 26 492 (1977); Balykin V I et al. JETP Lett. 26 357 (1977)
  94. Hirschfeld T Appl. Opt. 15 2965 (1976)
  95. Myers A B et al. J. Phys. Chem. 98 10377 (1994)
  96. Осадько И С Флуктуирующая флуоресценция наночастиц (М.: Физматлит, 2011)
  97. Riley E A, Hess C M, Reid P J Int. J. Mol. Sci. 13 12487 (2012)
  98. Витухновский А Г и др. Письма в ЖЭТФ 96 18 (2012); Vitukhnovskii A G et al. JETP Lett. 96 17 (2012)
  99. Orlov S V, Naumov A V, Vainer Yu G, Kador L J. Chem. Phys. 137 194903 (2012)
  100. Osad'ko I S, Fedyanin V V J. Chem. Phys. 130 064904 (2009)
  101. Osad'ko I S, Fedyanin V V Phys. Rev. A 83 063841 (2011)
  102. Osad'ko I S, Naumov A V, Eremchev I Yu, Vainer Yu G, Kador L Phys. Rev. A 86 053802 (2012)
  103. Fleury L et al. J. Luminescence 56 15 (1993)
  104. Geva E, Skinner J L J. Phys. Chem. B 101 8920 (1997)
  105. Ambrose W P, Moerner W E Nature 349 225 (1991)
  106. Ambrose W P, Basché Th, Moerner W E J. Chem. Phys. 95 7150 (1991)
  107. Вайнер Ю Г, Наумов А В, Bauer M, Kador L Оптика и спектроск. 94 926 (2003); Vainer Yu G, Naumov A V, Bauer M, Kador L Opt. Spectrosc. 94 864 (2003)
  108. Kummer S et al. J. Chem. Phys. 107 7673 (1997)
  109. Mais S et al. Chem. Phys. 247 41 (1999)
  110. Naumov A V et al. Phys. Status Solidi B 241 3487 (2004)
  111. Vainer Yu G, Naumov A V, Bauer M, Kador L J. Chem. Phys. 122 244705 (2005)
  112. Bauer M, Kador L, Naumov A V, Vainer Yu G J. Chem. Phys. 119 3836 (2003)
  113. Donley E A, Plakhotnik T J. Chem. Phys. 113 9294 (2000)
  114. Plakhotnik T, Donley E A, Kharlamov B M Phys. Rev. Lett. 87 015504 (2001)
  115. Naumov A V et al. Phys. Rev. B 63 212302 (2001)
  116. Barkai E, Naumov A V, Vainer Yu G, Bauer M, Kador L Phys. Rev. Lett. 91 075502 (2003)
  117. Barkai E, Silbey R, Zumofen G Phys. Rev. Lett. 84 5339 (2000)
  118. Naumov A V, Vainer Yu G, Kador L Phys. Rev. Lett. 98 145501 (2007)
  119. Vainer Yu G, Naumov A V, Bauer M, Kador L J. Luminescence 127 213 (2007)
  120. Vainer Yu G, Naumov A V, Bauer M, Kador L Phys. Rev. Lett. 97 185501 (2006)
  121. Vainer Yu G, Naumov A V, Kador L Phys. Rev. B 77 224202 (2008)
  122. Bauer M, Kador L J. Luminescence 98 75 (2002)
  123. Bauer M, Kador L J. Chem. Phys. 120 10278 (2004)
  124. Bauer M, Kador L Chem. Phys. Lett. 407 450 (2005)
  125. Brunel Ch et al. J. Phys. Chem. A 103 2429 (1999)
  126. Orrit M et al. Chem. Phys. Lett. 196 595 (1992)
  127. Schuster J, Cichos F, von Borczyskowski C Оптика и спектроск. 98 778 (2005); Schuster J, Cichos F, von Borczyskowski C Opt. Spectrosc. 98 712 (2005)
  128. Вайнер Ю Г, Наумов А В, Bauer M, Kador L, Barkai E Оптика и спектроск. 98 806 (2005); Vainer Yu G, Naumov A V, Bauer M, Kador L, Barkai E Opt. Spectrosc. 98 740 (2005)
  129. Вайнер Ю Г, Наумов А В Оптика и спектроск. 98 814 (2005); Vainer Yu G, Naumov A V Opt. Spectrosc. 98 747 (2005)
  130. Вайнер Ю Г УФН 174 679 (2004); Vainer Yu G Phys. Usp. 47 623 (2004)
  131. Novotny L, Hecht B Principles of Nano-Optics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2006); Новотный Л, Хехт Б Основы нанооптики (М.: Физматлит, 2009)
  132. Habuchi S, Oba T, Vacha M Phys. Chem. Chem. Phys. 13 7001 (2011)
  133. Wolter S et al. J. Microscopy 237 12 (2010)
  134. RapidSTORM, http://www.super-resolution.biozentrum.uniwuerzburg.de/home/rapidstorm/, (an open source evaluation tool for fast and highly configurable data processing for single-molecule localization microscopy, Univ. Wurzburg, Theodor-Boveri-Institute for Biosciences, Chair of Biotechnology and Biophysics, Last update — 2012
  135. Наумов А В "Спектроскопия одиночных молекул как метод исследования низкотемпературной динамики неупорядоченных твердотельных сред" Дисс. ... докт. физ.-мат. наук (Троицк: Ин-т спектроскопии РАН, 2009)
  136. Naumov A V et al. Angew. Chem. Int. Ed. 48 9747 (2009)
  137. Gorshelev A A et al. ChemPhysChem 11 182 (2010)
  138. Abbe E Archiv mikrosk. Anatomie 9 (1) 413 (1873)
  139. Abbe E Nature Photon. 3 361 (2009)
  140. Болотникова Т Н УФН 162 (11) 183 (1992); Bolotnikova T N Phys. Usp. 35 991 (1992)
  141. York D G et al. Astron. J. 120 1579 (2000)
  142. Graham M J et al. Distributed Parallel Databases 30 371 (2012)

© Успехи физических наук, 1918–2020
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение