RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2025
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2025

 / 

Июль

←  →

Международный год квантовых наук и технологий. Обзоры актуальных проблем


Структурная динамика тонкоплёночных материалов: достижения, проблемы, перспективы

†  а, ‡  а, §  а, б, *  а, #  в, г, д, °  е
а Институт спектроскопии РАН, ул. Физическая 5, Троицк, Москва, 108840, Российская Федерация
б Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», ул. Мясницкая 20, Москва, 101000, Российская Федерация
в State Key Laboratory for Mesoscopic Physics and Collaborative Innovation Center of Quantum Matter, School of Physics, Peking University, Beijing, China
г Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan, Shanxi, China
д Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong, Jiangsu, China
е МИРЭА - Российский технологический университет, просп. Вернадского, 78, Москва, 119454, Российская Федерация

Использование коротких фотоэлектронных импульсов открыло возможность изучения структурной динамики с высоким пространственно-временным разрешением. В рамках такой методологии импульсный электронный пучок, формируемый за счёт фотоэффекта, обеспечивает зондирование светоиндуцированных быстропротекающих процессов в веществе в разные моменты времени. Интеграция пико-фемтосекундной лазерной техники и электронной оптики в едином экспериментальном комплексе оказалась исключительно эффективной для наблюдения за поведением атомно-молекулярных структур на их естественных масштабах в пространственно-временном континууме. В режиме визуализации данная концепция привела к созданию 4D электронной микроскопии, а в режиме электронной дифракции появилась уникальная возможность снимать атомно-молекулярные видеоролики. Высокая чувствительность метода в сочетании со сравнительно низким радиационным повреждением образца (в отличие от рентгеновского лазера на свободных электронах) позволила проводить исследования тонкоплёночных перспективных материалов на компактных установках в стандартных лабораториях. В обзоре рассмотрено развитие этого научного направления от исследования наносекундной структурной динамики до фемтосекундной квантовой томографии на основе сверхбыстрой электронной дифракции.

Текст pdf (950 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2024.12.039828
Ключевые слова: сверхбыстрая электронная микроскопия и дифракция, динамические процессы, структурная динамика, атомно-молекулярное кино, фемтосекундное временное разрешение, атомное пространственное разрешение, электронная томография
PACS: 07.78.+s, 61.05.J−, 64.70.D−, 64.70.K−, 68.37.Og (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2024.12.039828
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2025/7/a/
2-s2.0-105013757249
2025PhyU...68..641A
Цитата: Асеев С А, Миронов Б Н, Пойдашев Д Г, Рябов Е А, Ли Дж, Ищенко А А "Структурная динамика тонкоплёночных материалов: достижения, проблемы, перспективы" УФН 195 681–694 (2025)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 18 октября 2024, доработана: 6 декабря 2024, 24 декабря 2024

English citation: Aseyev S A, Mironov B N, Poydashev D G, Ryabov E A, Li Z, Ischenko A A “Structural dynamics of thin-film materials: achievements, problems, prospects” Phys. Usp. 68 641–652 (2025); DOI: 10.3367/UFNe.2024.12.039828

Список литературы (122) ↓ Похожие статьи (20)

  1. De Broglie L "Recherches sur la théorie des quanta" Doctoral Dissertation (Paris: Masson, 1924); De Broglie L Ann. Physique 10 (3) 22 (1925)
  2. Davisson C, Germer L H Phys. Rev. 30 705 (1927)
  3. Williams D B, Carter C B Transmission Electron Microscopy. A Textbook for Materials Science (New York: Springer, 2008)
  4. Keller U Nature 424 831 (2003)
  5. Miller R J D Annu. Rev. Phys. Chem. 65 583 (2014)
  6. Zewail A H, Thomas J M 4D Electron Microscopy. Imaging in Space and Time (London: Imperial College Press, 2010)
  7. Chergui M, Zewail A H Chem. Phys. Chem. 10 28 (2009)
  8. Ischenko A A, Aseyev S A Time Resolved Electron Diffraction: for Chemistry, Biology and Materials Science (San Diego: Elsevier, 2014)
  9. Ischenko A A, Weber P M, Miller R J D Chem. Rev. 117 11066 (2017)
  10. Ischenko A A et al Appl. Phys. B 32 161 (1983)
  11. Siwick B J et al Science 302 1382 (2003)
  12. Siwick B J et al J. Appl. Phys. 92 1643 (2002)
  13. Muller D A Nature Mater. 8 263 (2009)
  14. Uhlemann St et al Phys. Rev. Lett. 111 046101 (2013)
  15. Müller E W Z. Phys. 131 136 (1951)
  16. Binnig G, Quate C F, Gerber Ch Phys. Rev. Lett. 56 930 (1986)
  17. Campbell G H, McKeown J T, Santala M K Springer Handbook of Microscopy (Eds P W Hawkes, J C H Spence) (Cham: Springer, 2019) p. 455
  18. Aseyev S A et al Crystals 10 (6) 452 (2020)
  19. Filippetto D et al Rev. Mod. Phys. 94 045004 (2022)
  20. Amini K, Rouzée A, Vrakking M J J (Eds) Structural Dynamics with X-ray and Electron Scattering (London: Royal Society of Chemistry, 2023)
  21. Balykin V I, Subbotin M V, Letokhov V S Opt. Commun. 129 177 (1996)
  22. Миронов Б Н и др ЖЭТФ 133 1155 (2008); Mironov B N et al J. Exp. Theor. Phys. 106 1007 (2008)
  23. van der Geer S B et al Microsc. Microanal. 15 (4) 282 (2009)
  24. de Raadt T C H, Franssen J G H, Luiten O J Phys. Rev. Lett. 130 205001 (2023)
  25. van Oudheusden T et al J. Appl. Phys. 102 093501 (2007)
  26. van Oudheusden T et al Phys. Rev. Lett. 105 264801 (2010)
  27. King W E et al J. Appl. Phys. 97 111101 (2005)
  28. Xu C et al Nat. Commun. 14 1265 (2023)
  29. Kieft E et al Struct. Dyn. 2 051101 (2015)
  30. Андреев С В и др Квантовая электроника 47 116 (2017); Andreev S V et al Quantum Electron. 47 116 (2017)
  31. Aseyev S A et al Chem. Phys. Lett. 797 139599 (2022)
  32. Du D X, Simjanoska M, Fitzpatrick A W P J. Struct. Biol. 215 107941 (2023)
  33. Shimojima T, Nakamura A, Ishizaka K Microscopy 72 (4) 287 (2023)
  34. Shimojima T, Nakamura A, Ishizaka K Rev. Sci. Instrum. 94 023705 (2023)
  35. Макаров Д Н, Матвеев В И Письма в ЖЭТФ 101 677 (2015); Makarov D N, Matveev V I JETP Lett. 101 603 (2015)
  36. Waldecker L et al Phys. Rev. X 6 021003 (2016)
  37. Анисимов С И и др ЖТФ 36 1273 (1966); Anisimov S I et al Sov. Phys. Tech. Phys. 11 945 (1967)
  38. Анисимов С И, Капелиович Б Л, Перельман Т Л ЖЭТФ 66 776 (1974); Anisimov S I, Kapeliovich B L, Perel'man T L Sov. Phys. JETP 39 375 (1974)
  39. Sciaini G et al Nature 458 56 (2009)
  40. Спивак Г В, Сапарин Г В, Быков М В УФН 99 635 (1969); Spivak G V, Saparin G V, Bykov M V Sov. Phys. Usp. 12 756 (1970)
  41. Bostanjoglo O, Rosin Th Opt. Acta Int. J. Opt. 24 657 (1977)
  42. Jing Ch et al Ultramicroscopy 207 112829 (2019)
  43. Barwick B, Flannigan D J, Zewail A H Nature 462 902 (2009)
  44. Talebi N Near-Field-Mediated Photon-Electron Interactions (Springer Ser. in Optical Sciences) Vol. 228 (Cham: Springer, 2019)
  45. Kim Y-J et al Sci. Adv. 9 eadd5375 (2023)
  46. Pomarico E et al ACS Photon. 5 759 (2018)
  47. Feist A et al Ultramicroscopy 176 63 (2017)
  48. Houdellier F et al Ultramicroscopy 186 128 (2018)
  49. Madan I et al Sci. Adv. 5 eaav8358 (2019)
  50. Bie Y-Q et al Ultramicroscopy 230 113389 (2021)
  51. Zong A et al Nature 620 988 (2023)
  52. Su Y et al Nano Lett. 23 10772 (2023)
  53. González Vallejo I et al Phys. Rev. B 97 054302 (2018)
  54. Durham D B et al Struct. Dyn. 9 064302 (2022)
  55. Liu Y et al Nat. Commun. 14 2795 (2023)
  56. Champenois E G et al Phys. Rev. Lett. 131 143001 (2023)
  57. Nabben D et al Nature 619 63 (2023)
  58. Mattes M, Volkov M, Baum P Nat. Commun. 15 1743 (2024)
  59. Yang Y et al Science 383 168 (2024)
  60. Orville A M Curr. Opin. Struct. Biol. 65 193 (2020)
  61. Caffrey M, Cherezov V Nat. Protoc. 4 706 (2009)
  62. Cherezov V et al Science 318 1258 (2007)
  63. Nogly P et al Science 361 eaat0094 (2018)
  64. Nass Kovacs G et al Nat. Commun. 10 3177 (2019)
  65. Miller R J D et al Nat. Commun. 11 1240 (2020)
  66. Francis W J C et al Struct. Dyn. 11 024301 (2024)
  67. Nikbin E et al Microsc. Microanal. 30 (Supplement_1) ozae044.936 (2024)
  68. Lvovsky A I, Raymer M G Rev. Mod. Phys. 81 299 (2009)
  69. Priebe K E et al Nature Photon. 11 793 (2017)
  70. Smithey D T et al Phys. Rev. Lett. 70 1244 (1993)
  71. Cai X et al Science 338 363 (2012)
  72. Miquel C et al Nature 418 59 (2002)
  73. Murch K W et al Nature 502 211 (2013)
  74. Saglamyurek E et al Nature Photon. 9 83 (2015)
  75. Pauli W Quantentheorie (Handbuch der Physik, Eds H Bethe et al) (Berlin: Springer, 1933) p. 83
  76. Weigert S Phys. Rev. A 53 2078 (1996)
  77. Kim Y S, Noz M E Phase Space Picture of Quantum Mechanics. Group Theoretical Approach (World Scientific Lecture Notes in Physics) Vol. 40 (Singapore: World Scientific, 1991)
  78. Li Z et al ACS Photon. 7 296 (2020)
  79. Janicke U, Wilkens M J. Mod. Opt. 42 2183 (1995)
  80. Ischenko A A, Schaefer L, Ewbank J D Proc. SPIE 3516 580 (1999); Ischenko A A, Schaefer L, Ewbank J D 23rd Intern. Congress on High-Speed Photography and Photonics, 1998, Moscow, Russian Federation
  81. Leonhardt U, Raymer M G Phys. Rev. Lett. 76 1985 (1996)
  82. Leonhardt U et al Opt. Commun. 127 144 (1996)
  83. Mouritzen A S, Mølmer K Phys. Rev. A 73 042105 (2006)
  84. Mouritzen A S, Mølmer K J. Chem. Phys. 124 244311 (2006)
  85. Opatrný T, Welsch D-G, Vogel W Phys. Rev. A 56 1788 (1997)
  86. Branderhorst M P A et al J. Phys. B 41 074004 (2008)
  87. Margulis B et al Science 380 77 (2023)
  88. Laurell H et al Phys. Rev. Research 4 033220 (2022)
  89. Dunn T J, Walmsley I A, Mukamel S Phys. Rev. Lett. 74 884 (1995)
  90. Skovsen E et al Phys. Rev. Lett. 91 090406 (2003)
  91. Kurtsiefer Ch, Pfau T, Mlynek J Nature 386 150 (1997)
  92. Stankus B et al Nat. Chem. 11 716 (2019)
  93. Starodub D et al Nat. Commun. 3 1276 (2012)
  94. Yang J et al Science 361 64 (2018)
  95. Wolf T J A et al Nat. Chem. 11 504 (2019)
  96. Eichberger M et al Nature 468 799 (2010)
  97. Mehrabi P et al Science 365 1167 (2019)
  98. Chapman H N et al Nature 470 73 (2011)
  99. Seibert M M et al Nature 470 78 (2011)
  100. Chen C-C et al Phys. Rev. B 76 064113 (2007)
  101. Fienup J R Appl. Opt. 21 2758 (1982)
  102. Marchesini S Rev. Sci. Instrum. 78 011301 (2007)
  103. Zhang M et al Nat. Commun. 12 5441 (2021)
  104. Ewbank J D, Schäfer L, Ischenko A A J. Mol. Struct. 524 1 (2000)
  105. 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)
  106. Ischenko A A Phys. Res. Int. 2013 236743 (2013)
  107. Jiang J et al J. Chem. Phys. 160 104101 (2024)
  108. Kowalewski M, Bennett K, Mukamel S Struct. Dyn. 4 054101 (2017)
  109. Zhang M et al J. Phys. Chem. Lett. 13 1668 (2022)
  110. Yang J et al Science 368 885 (2020)
  111. Santra R J. Phys. B 42 169801 (2009)
  112. Keefer D et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 118 e2022037118 (2021)
  113. Yong H et al Phys. Rev. Lett. 129 103001 (2022)
  114. Mu X et al Ultrafast Sci. 3 0015 (2023)
  115. Iijima T, Bonham R A, Ando T J. Phys. Chem. 67 1472 (1963)
  116. Bartell L S, Gavin R M J. Am. Chem. Soc. 86 3493 (1964)
  117. Morrigan L et al Phys. Rev. Lett. 131 193001 (2023)
  118. Itatani J et al Nature 432 867 (2004)
  119. Yuen-Zhou J, Aspuru-Guzik A J. Chem. Phys. 134 134505 (2011)
  120. Yuen-Zhou J et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108 17615 (2011)
  121. Aseyev S A, Weber P M, Ischenko A A J. Anal. Sci. Meth. Instrum. 3 30 (2013)
  122. Ischenko A A et al Fine Chem. Technol. 12 (1) 5 (2017)
© Успехи физических наук, 1918–2025
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение