Выпуски

 / 

2020

 / 

Февраль

  

Обзоры актуальных проблем


Структурная динамика свободных молекул и конденсированного вещества

 а,  б,  в,  г,  д,  б,  а
а Институт спектроскопии РАН, ул. Физическая 5, Троицк, Москва, 108840, Российская Федерация
б Федеральный научно-исследовательский центр «Кристаллография и фотоника» РАН, Ленинский просп. 59, Москва, 119333, Российская Федерация
в Ивановский государственный химико-технологический университет, пр-т Ф. Энгельса 7, Иваново, 153460, Российская Федерация
г Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики, просп. Вернадского, 78, Москва, 117454, Российская Федерация
д Научно-исследовательский вычислительный центр Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Ленинские горы 1, стр. 4, Москва, 119991, Российская Федерация

Успехи в развитии импульсной лазерной техники предопределили дальнейший прорыв в области исследования сверхбыстрой структурной динамики ядер и электронов. В результате этого прогресса использование мощных фемтосекундных лазерных импульсов как для возбуждения образца, так и в целях формирования синхронизированных с оптическими импульсами ультракоротких (в пределе — фемто- и даже субфемтосекундных) фотоэлектронных сгустков для зондирования вещества открыло возможность наблюдения когерентной динамики ядер и электронов в исследуемых образцах на необходимых пространственно-временных масштабах. Колоссальным прорывом в химической физике является возможность непосредственного наблюдения реакционного процесса. Многочастичный потенциал настолько сложен, что степень неадиабатического взаимодействия не может быть определена с точностью, необходимой для предсказания путей реакции. Как можно в дальнейшем использовать эту информацию и новый взгляд на реакционную динамику? Этот вопрос поставлен в связи с развитием нового концептуального фундамента естественных наук, знаменующего конвергенцию экспериментальных и теоретических инструментов в изучении систем любого уровня сложности с атомным разрешением. В этом подходе реализация "атомно-молекулярного кино" осуществляется при использовании взаимодополняющей информации, получаемой в триедином подходе, основанном на совместном использовании сверхбыстрой дифракции электронов (или рентгеновского излучения), спектроскопии и теории квантовой динамики вещества.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: сверхбыстрая структурная динамика, сверхбыстрая электронная дифракция и микроскопия, фемтосекундное лазерное излучение, электронные пучки ультракороткой длительности
PACS: 07.78.+s, 42.65.Re, 61.05.J− (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2018.11.038477
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2020/2/a/
Цитата: Асеев С А, Ахманов А С, Гиричев Г В, Ищенко А А, Кочиков И В, Панченко В Я, Рябов Е А "Структурная динамика свободных молекул и конденсированного вещества" УФН 190 113–136 (2020)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 4 октября 2018, доработана: 19 ноября 2018, 22 ноября 2018

English citation: Aseyev S A, Akhmanov A S, Girichev G V, Ischenko A A, Kochikov I V, Panchenko V Ya, Ryabov E A “Structural dynamics of free molecules and condensed matterPhys. Usp. 63 103–122 (2020); DOI: 10.3367/UFNe.2018.11.038477

Список литературы (169) ↓ Похожие статьи (20)

  1. Ищенко А А, Баграташвили В Н, Авилов А С Кристаллография 56 805 (2011); Ishchenko A A, Bagratashvili V N, Avilov A S Crystallogr. Rep. 56 751 (2011)
  2. Eigen M Discuss. Faraday Soc. 17 194 (1954)
  3. Zewail A H J. Phys. Chem. A 104 5660 (2000)
  4. Bhattacharjee Y Nature 412 474 (2001)
  5. Krausz F, Ivanov M Rev. Mod. Phys 81 163 (2009)
  6. Sciaini G, Miller R J D Rep. Prog. Phys 74 096101 (2011)
  7. Ischenko A A , Weber P M, Miller R J D Успехи химии 86 1173 (2017); Ischenko A A , Weber P M, Miller R J D Russ. Chem. Rev 86 1173 (2017)
  8. Ruan C-Y et al Microsc. Microanalysis 15 323 (2009)
  9. Shorokhov D, Zewail A H J. Chem. Phys 144 080901 (2016)
  10. Zewail A H Annu. Rev. Phys. Chem 57 65 (2006)
  11. Dwyer J R et al Phil. Trans. R. Soc. A 364 741 (2006)
  12. Srinivasan R et al Helv. Chim. Acta 86 1761 (2003)
  13. Ewbank J D, Schäfer L, Ischenko A A J. Mol. Struct. 524 1 (2000)
  14. Miller R J D Science 343 1108 (2014)
  15. Ищенко А А и др УФН 184 681 (2014); Ischenko A A et al Phys. Usp. 57 633 (2014)
  16. Miller R J D Faraday Discuss 194 777 (2016)
  17. Ischenko A A, Weber P M, Miller R J D Chem. Rev 117 11066 (2017)
  18. Zewail A H, Thomas J M 4D Electron Microscopy. Imaging in Space and Time (London: Imperial College Press, 2010)
  19. Ischenko A A, Aseyev S A (Eds) Time-Resolved Electron Diffraction: For Chemistry, Biology and Materials Science (Advances in Imaging and Electron Physics) Vol. 184 (San Diego: Elsevier, 2014)
  20. Ищенко А А, Гиричев Г В, Тарасов Ю И Дифракция электронов: структура и динамика свободных молекул и конденсированного состояния вещества (М.: Физматлит, 2012)
  21. Ищенко А А Структура и динамика свободных молекул и конденсированного вещества (М.: Физматлит, 2018)
  22. Ischenko A A et al Appl. Phys. B 32 161 (1983)
  23. Ищенко А А и др Вестн. МГУ. Сер. 2. Химия 26 (2) 140 (1985)
  24. Ахманов С А и др Письма в ЖТФ 11 (3) 157 (1985); Akhmanov S A et al Sov. Tech. Phys. Lett. 11 63 (1985)
  25. Williamson S, Mourou G, Li J C M Phys. Rev. Lett 52 2364 (1984)
  26. Porter G Science 160 1299 (1968); Пер. на русск. яз., Портер Дж Успехи химии 39 919 (1970)
  27. Demtröder W Laser Spectroscopy Vol. 1, 2 (Berlin: Springer, 2008)
  28. Mukamel S et al Annu. Rev. Phys. Chem 64 101 (2013)
  29. Flynn G W, Parmenter C S, Wodtke A M J. Phys. Chem 100 12817 (1996)
  30. Bagratashvili V N et al Multiple Photon Infrared Laser Photophysics and Photochemistry (Chur: Harwood Academic Publ., 1985)
  31. Ахманов С А и др Письма в ЖЭТФ 26 603 (1977); Akhmanov S A et al JETP Lett. 26 453 (1977)
  32. Nesbitt D J, Field R W J. Phys. Chem 100 12735 (1996)
  33. Letokhov V S (Ed.) Laser Spectroscopy of Highly Vibrationally Excited Molecules (Bristol: A. Hilger, 1989)
  34. Баграташвили В Н и др Письма в ЖЭТФ 30 502 (1979); Bagratashvili V N et al JETP Lett. 30 471 (1979)
  35. Макаров А А, Малиновский А Л, Рябов Е А УФН 182 1047 (2012); Makarov A A, Malinovsky A L, Ryabov E A Phys. Usp 55 977 (2012)
  36. Li Y-L et al J. Org. Chem 67 4228 (2002)
  37. Biswas N, Umapathy S J. Chem. Phys 107 7849 (1997)
  38. Kukura P et al Science 310 1006 (2005)
  39. Mizutani Y, Kitagawa T Science 278 443 (1997)
  40. Fayer M D (Ed.) Ultrafast Infrared Vibrational Spectroscopy (Boca Raton, FL: CRC Press, 2013)
  41. Schreier W J et al Science 315 625 (2007)
  42. Asplund M C, Zanni M T, Hochstrasser R M Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97 8219 (2000)
  43. Zheng J R et al Science 313 1951 (2006)
  44. Cho M Chem. Rev. 108 1331 (2008)
  45. Chergui M, Collet E Chem. Rev 117 11025 (2017)
  46. Фетисов Г В Синхротронное излучение. Методы исследования структуры вещества (М.: Физматлит, 2007); Фетисов Г В УФН 190 2 (2020); Fetisov G V Phys. Usp. 63 2 (2020)
  47. Bressler C, Chergui M Chem. Rev. 104 1781 (2004)
  48. Ihee H Acc. Chem. Res 42 356 (2009)
  49. Kim K H et al Nature 518 385 (2015)
  50. Chen L X Angew. Chem 116 2946 (2004)
  51. Chen L X Angew. Chem. Int. Ed. 43 2886 (2004)
  52. Bressler C, Abela R, Chergui M Z. Kristallogr 223 307 (2008)
  53. Chen L X et al J. Am. Chem. Soc 129 9616 (2007)
  54. Gawelda W et al Phys. Rev. Lett. 98 057401 (2007)
  55. Khalil M et al J. Phys. Chem. A 110 38 (2006)
  56. Gawelda W et al J. Am. Chem. Soc 128 5001 (2006)
  57. Pham V-T et al J. Am. Chem. Soc 129 1530 (2007)
  58. Chen L X et al Science 92 262 (2001)
  59. Altarelly M (Ed.-in-Chief) Annual Report (Hamburg: European X-Ray Free-Electron Laser Facility GmbH (2012)
  60. Coppens P Chem. Commun 1317 (2003)
  61. Coppens P et al J. Am. Chem. Soc. 126 5980 (2004)
  62. Ihee H Acc. Chem. Res. 42 356 (2009)
  63. Ihee H et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 7145 (2005)
  64. Kim C D et al Acta Cryst. A 58 133 (2002)
  65. Techert S, Schotte F, Wulff M Phys. Rev. Lett 86 2030 (2001)
  66. Schotte F et al Science 300 1944 (2003)
  67. Tomita A et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106 2612 (2009)
  68. Šrajer V et al Science 274 1726 (1996)
  69. Collet E et al Science 300 612 (2003)
  70. Cavalleri A et al Nature 442 664 (2006)
  71. Lee S H et al Phys. Rev. Lett. 95 246104 (2005)
  72. Lindenberg A M et al Science 308 392 (2005)
  73. Gaffney K J et al Phys. Rev. Lett 95 125701 (2005)
  74. Cavalleri A L et al Phys. Rev. Lett 94 114801 (2005)
  75. Fritz D M et al Science 315 633 (2007)
  76. Kuthirummal N, Weber P M Chem. Phys. Lett 378 647 (2003)
  77. Kuthirummal N et al J. Chem. Phys. 125 133307 (2006)
  78. Gosselin J L, Weber P M J. Phys. Chem. A 109 4899 (2005)
  79. Liang X et al J. Mol. Struct. 978 250 (2010)
  80. Gudmundsdóttir H et al J. Chem. Phys 141 234308 (2014)
  81. Deb S, Minitti M P, Weber P M J. Chem. Phys 135 044319 (2011)
  82. Cardoza J D et al J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 165 5 (2008)
  83. Rudakov F, Weber P M J. Chem. Phys 136 134303 (2012)
  84. Minitti M P, Cardoza J D, Weber P M J. Phys. Chem. A 110 10212 (2006)
  85. Minitti M P, Weber P M Phys. Rev. Lett. 98 253004 (2007)
  86. Deb S et al J. Phys. Chem. A 115 1804 (2011)
  87. Bush J C, Minitti M P, Weber P M J. Photochem. Photobiol. A 213 70 (2010)
  88. Bush J C, Minitti M P, Weber P M J. Phys. Chem. A 114 11078 (2010)
  89. Cheng W et al J. Phys. Chem. A 109 1920 (2005)
  90. Deb S, Cheng X, Weber P M J. Phys. Chem. Lett 4 2780 (2013)
  91. Cheng X et al Chem. Sci 5 4394 (2014)
  92. Cheng X et al Chem. Sci. 7 619 (2016)
  93. Cheng X et al J. Phys. Chem. A 119 2813 (2015)
  94. Cheng X et al Nature Commun 7 11013 (2016)
  95. Cardoza J D, Weber P M J. Chem. Phys 127 036101 (2007)
  96. Cardoza J D, Rudakov F M, Weber P M J. Phys. Chem. A 112 10736 (2008)
  97. Rudakov F et al Combust. Flame 171 162 (2016)
  98. Niikura H et al Nature 421 826 (2003)
  99. Kim J et al Acta Cryst. A 66 270 (2010)
  100. Gliserin A et al Nature Commun 6 8723 (2015)
  101. Santala M K et al Appl. Phys. Lett. 102 174105 (2013)
  102. Cavalieri A L et al Phys. Rev. Lett 94 114801 (2005)
  103. Hastings J B et al Appl. Phys. Lett 89 184109 (2006)
  104. Tokita S et al Phys. Rev. Lett. 105 215004 (2010)
  105. Kassier G H et al J. Appl. Phys 105 113111 (2009)
  106. Hawkes P W, Kasper E Principles of Electron Optics Vol. 1-3 (New York: Academic Press, 1996)
  107. Fultz B, Howe J Transmission Electron Microscopy and Diffractometry of Materials (Heidelberg: Springer, 2013)
  108. Parish C M, Russell P E Advances in Imaging and Electron Physics Vol. 147 (Ed. P W Hawkes) (New York: Academic Press, 2007) p. 1
  109. Najafi E et al Ultramicroscopy 184 46 (2018)
  110. Вайнштейн Б К УФН 152 75 (1987); Vainshtein B K Sov. Phys. Usp 30 393 (1987)
  111. Brandon D, Kaplan W D Microstructural Characterization of Materials (Chichester: J. Wiley, 1999); Пер. на русск. яз., Брандон Д, Каплан У Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля (М.: Техносфера, 2004)
  112. Власов А И, Елсуков К А, Косолапов И А Электронная микроскопия (Библиотека Наноинженерия, Кн. 11, Под ред. В А Шахнова) (М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011)
  113. Власов А И, Елсуков К А, Панфилов Ю В Методы микроскопии (Библиотека Наноинженерия, Кн. 1, Под ред. В А Шахнова) (М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011)
  114. Shindo D, Oikawa T Analytical Transmission Electron Microscopy for Materials Science (Tokyo: Springer-Verlag, 2002)
  115. Уманский Я С и др Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия (М.: Металлургия, 1982)
  116. Heidenreich R D Fundamentals of Transmission Electron Microscopy (New York: Interscience Publ., 1964)
  117. Hirsch P B et al Phys. Today 19 (10) 93 (1966)
  118. Locquin M, Langeron M Handbook of Microscopy (Oxford: Butterworth-Heinemann, 1983)
  119. Spence J C H Experimental High-Resolution Electron Microscopy (New York: Oxford Univ. Press, 1988)
  120. Watt I M The Principles and Practice of Electron Microscopy (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1997)
  121. Knoll M, Ruska E Z. Phys 78 318 (1932)
  122. Thomas G, Goringe M J Transmission Electron Microscopy of Materials (New York: Wiley, 1979)
  123. Amelinckx S Methods of Direct Observation of Dislocations (New York: Academic Press, 1964)
  124. Hawkes P W Biol. Cell 93 432 (2001)
  125. Motosuke M, Tetsuya S "Stroboscopic scanning electron microscope" US Patent 4,538,065 (1985)
  126. Спивак Г В и др Изв. АН СССР. Сер. физ. 32 1111 (1968)
  127. Лукьянов А Е, Галстян В Г, Спивак Г В Радиотехника и электроника (11) 2424 (1970)
  128. Taheri M L, Browning N D, Lewellen J Microsc. Microanalysis 15 271 (2009)
  129. Knauer W J. Vac. Sci. Technol 16 1676 (1979)
  130. King W E et al J. Appl. Phys. 97 111101 (2005)
  131. Zewail A H Phil. Trans. R. Soc. A 363 315 (2005)
  132. Xia T et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 13013 (2005)
  133. Badali D S, Gengler R Y N, Miller R J D Struct. Dyn. 3 034302 (2016)
  134. Baskin J S, Zewail A H Comptes Rendus Phys 15 176 (2014)
  135. Grinolds M S et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103 18427 (2006)
  136. Williams J et al Sruct. Dyn 4 044035 (2017)
  137. Hassan M Th J. Phys. B 51 032005 (2018)
  138. Fu X et al Science 355 494 (2017)
  139. Hassan M Th et al Nature 530 66 (2016)
  140. Hassan M Th et al Nature Photon. 11 425 (2017)
  141. Андреев С В и др Квантовая электроника 47 116 (2017); Andreev S V et al Quantum Electron 47 116 (2017)
  142. Миронов Б Н и др Письма в ЖЭТФ 151 494 (2017); Mironov B N et al JETP Lett. 124 422 (2017)
  143. Frank J (Ed.) Electron Tomography. Methods for Three-Dimensional Visualization of Structures in the Cell (New York: Springer, 2006)
  144. Kwon O-H, Zewail A H Science 328 1668 (2010)
  145. Barwick B, Zewail A H ACS Photonics 2 1391 (2015)
  146. Ryabov A, Baum P Science 353 374 (2016)
  147. Hada M et al J. Chem. Phys. 145 024504 (2016)
  148. Yurtsever A, van der Veen R M, Zewail A H Science 335 59 (2012)
  149. Pomarico E et al ACS Photonics 5 759 (2018)
  150. Aseyev S A, Weber P M, Ischenko A A J. Analyt. Sci. Meth. Instrum 3 30 (2013)
  151. Schafer L et al Изв. вузов. Сер. Химия и химическая технология 60 (5) 4 (2017)
  152. Ищенко А А, Тарасов Ю И, Шефер Л Тонкие химические технологии 12 (4) 5 (2017); Ischenko A A, Tarasov Yu I, Schäfer L Fine Chem. Technol 12 (4) 5 (2017)
  153. Ischenko A A Phys. Res. Intern 2013 236743 (2013)
  154. Желтиков А М Сверхкороткие импульсы и методы нелинейной оптики (М.: Физматлит, 2006)
  155. Shao H-C, Starace A F Phys. Rev. A 88 062711 (2013)
  156. Shao H-C, Starace A, Madsen L 43rd Annual Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular and Optical Physics, June 4 - 8, 2012, Orange County, CA, USA; Shao H-C, Starace A, Madsen L Bull. Am. Phys. Soc. 57 (5) N3.00008 (2012)
  157. Leone S R et al Nature Photon 8 162 (2014)
  158. Ullrich J, Rudenko A, Moshammer R Annu. Rev. Phys. Chem 63 635 (2012)
  159. Kaplan A E Nature 431 633 (2004)
  160. Kaplan A E Opt. Photon. News 17 28 (2006)
  161. Zewail A H Nature 412 279 (2001)
  162. Щелев М Я УФН 170 1002 (2000); Schelev M Ya Phys. Usp 43 931 (2000)
  163. Щелев М Я Квантовая электроника 41 577 (2011); Schelev M Ya Quantum Electron. 41 577 (2011)
  164. Andreev S A et al SPIE Proc 6279 62797O (2007)
  165. Дегтярёва В П, Монастырский М А, Щелев М Я Ищенко А А, Гиричев Г В, Тарасов Ю И. Дифракция электронов: структура и динамика свободных молекул и конденсированного состояния вещества (М.: Физматлит, 2012) с. 499, Гл. 11
  166. Hansen P et al Appl. Phys. Lett 101 083501 (2012)
  167. Фортов В Е УФН 179 653 (2009); Fortov V E Phys. Usp 52 615 (2009)
  168. Zewail A H Acta Cryst. A 66 135 (2010)
  169. Zewail A, Zewail M Angew. Chem. Int. Ed. 52 108 (2013)

© Успехи физических наук, 1918–2021
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение