ИОФ РАН
Участник финального тура конкурса циклов работ ИОФ РАН за 2022 – 2024 гг.
Название: Магнетизм, слабая локализация и переходы металл-изолятор в высших боридах RB6 и RB12 с динамическими зарядовыми страйпами
Авторы: А.Н. Азаревич, А.В. Богач, В.В. Воронов, Н.Б. Болотина, О.Н. Хрыкина, Н.Е. Случанко
В цикле работ впервые выполнено исследование влияния динамических зарядовых страйпов и статической и кооперативной динамической ян-теллеровской неустойчивости борного каркаса на структурные, магнитные, тепловые, оптические и транспортные характеристики высших боридов RB6 и RB12, в которых зарядовые страйпы впервые обнаружены в работах заявителей в 2018 году. Для кристаллов RB6 и RB12 с электронным фазовым расслоением наномасштаба, являющихся модельными для всего класса систем с сильными электронными корреляциями (ССЭК), авторами получены приоритетные результаты мирового уровня, позволяющие предложить механизмы влияния высокочастотных колебаний электронной плотности квантово-механической природы на свойства материалов, описать эффекты, приводящие к перенормировке характеристик различных ССЭК и обусловливающие перспективы их практических применений.
Победитель конкурса циклов работ ИОФ РАН за 2022 – 2024 гг.
Название: Разработка методов и устройств интраоперационной оптической дозиметрии для персонализированной фотодинамической терапии опухолей
Авторы: К.Т. Эфендиев, П.М. Алексеева, В.Б. Лощенов
В цикле работ разработаны методы и устройства интраоперационной оптической дозиметрии, которые впервые, непосредственно в процессе лазерного облучения, позволили контролировать фотодинамическую терапию опухолей.
Победитель конкурса циклов работ ИОФ РАН за 2022 – 2024 гг.
Название: Многоволновые ВКР-лазеры ультракоротких импульсов излучения с малым межволновым интервалом на комбинированных фононных резонансах в шеелитоподобных кристаллах и их твердых растворах
Авторы: Д.П. Терещенко, А.Г. Папашвили, С.Н. Сметанин, П.Д. Харитонова, Ю.А. Кочуков, К.А. Губина, Л.И. Ивлева, Е.Э. Дунаева, И.С. Воронина, В.Е. Шукшин, Е.В. Шашков, А.А. Ушаков, П.А. Чижов, В.В. Булгакова
В настоящем цикле научных работ представлены результаты решения научной проблемы многоволновой генерации ультракоротких лазерных импульсов с малым межволновым интервалом в диапазоне длин волн 1000–1400 нм.
Победитель конкурса циклов работ ИОФ РАН за 2022 – 2024 гг.
Название: Лазеры среднего инфракрасного спектрального диапазона на основе активированных редкоземельными ионами халькогенидных стекол
Авторы: Б.И. Галаган, Б.И. Денкер, В.В. Колташев, С.Е. Сверчков, В.Г. Плотниченко
В цикле работ впервые в мире удалось создать целую гамму объемных и волоконных лазеров на селенидных стеклах, легированных редкоземельными ионами (Ce3+, Pr3+, Nd3+, Tb3+), излучающих в ранее недоступной для лазеров на стеклах спектральной области (4.5 - 6 мкм). На рисунке в качестве иллюстрации приведены выходные характеристики 5.3 мкм непрерывного волоконного лазера на ионах Tb3+ мощностью до 150 мВт, полученные в одной из наиболее цитируемых работ цикла.
Участник финального тура конкурса циклов работ ИОФ РАН за 2022 – 2024 гг.
Название: Световоды, легированные висмутом, для волоконно-оптических устройств с многомодовой диодной накачкой: новые возможности и перспектива
Авторы: С.В. Алышев, А.М. Хегай, К.Е. Рюмкин, А.В. Харахордин, Е.Г. Фирстова, В.В. Вельмискин, Л.Д. Исхакова, С.Л. Семенов, М.А. Мелькумов и С.В. Фирстов
В цикле работ сообщается о создании впервые в мире серии световедущих структур – волоконных световодов, активированных висмутом, для лазеров и усилителей ближнего ИК-диапазона, накачиваемых в оболочку многомодовыми лазерными диодами
Участник финального тура конкурса циклов работ ИОФ РАН за 2022 – 2024 гг.
Название: Магнитные и магнитоэлектрические свойства лангаситов
Авторы: А.Ю. Тихановский, В.Ю. Иванов, А.М. Кузьменко, А.А. Мухин
В цикле работ впервые исследованы магнитные и магнитоэлектрические свойства редкоземельных и содержащих железо лангаситов - нового класса материалов, проявляющих магнитоэлектрические свойства. Установлены механизмы возникновения индуцированной магнитным полем электрической поляризации.
Зарядовый механизм вынужденного низкочастотного комбинационного рассеяния на вирусах
Обоснован и экспериментально подтвержден ленгмюровский зарядовый механизм вынужденного низкочастотного комбинационного рассеяния на вирусах, открывающий абсолютно новые возможности для борьбы с вирусными инфекциями и для фундаментальной биологии – путем возможности избирательной активации/инактивации in vivo внутриклеточных биологических систем нанометрового масштаба. (По материалам статьи V.B. Oshurko, O.V. Karpova, M.A. Davydov, A.N. Fedorov, A.F. Bunkin, S.M. Pershin, M.Y. Grishin , “Charge mechanism of low-frequency stimulated Raman scattering on viruses” Physical Review A.- 2022. – Vol. 105.- P.043513. DOI: 10.1103/PhysRevA.105.043513)
Спиновые флуктуации и спин-флуктуационный переход в магнитоупорядоченной фазе моносилицида марганца
Обнаружен новый тип магнитного перехода – низкотемпературный спин-флуктуационный переход в магнитоупорядоченной спин-поляризованной фазе моносилицида марганца. (По материалам статьи Демишев С.В., Самарин А.Н., Карасев М.С., Григорьев С.В., Семено А.В., Спиновые флуктуации и спин-флуктуационный переход в магнитоупорядоченной фазе моносилицида марганца // Письма в ЖЭТФ. – 2022. – Т.115, №11. – С. 717-723. DOI: 10.31857/S1234567822110076)
Преобразование мод с орбитальным угловым моментом в волноводах с сегментированной спиральной сердцевиной, записанных пучком фемтосекундного лазера
Впервые получены и исследованы волноведущие спиральные брэгговские решётки с модулированным по углу показателем преломления. Решётки записаны пучком фемтосекундного лазера. Экспериментально подтверждено обобщённое условие углового фазового синхронизма. Продемонстрирована генерация моды, несущей орбитальный угловой момент, в волноводах со спиральной сердцевиной. (По материалам статьи Vladislav Likhov, Sergei Vasiliev, Grigory Alagashev, Andrey Okhrimchuk, "OAM-mode coupling by segmented helical-ring-core waveguides inscribed with a femtosecond laser beam", Opt. Lett. 49, 1217-1220 (2024). DOI: 10.1364/OL.515710)
Высокоэффективный мощный ИАГ:Nd-лазер с пассивной синхронизацией мод резонатора лазерным затвором на однослойном CVD-графене, нанесенном на зеркало резонатора
В настоящей работе представлен улучшенный дизайн ИАГ:Nd-лазера с пассивной синхронизацией мод резонатора с помощью пассивного лазерного затвора на основе однослойного CVD-графена, нанесенного непосредственно на концевое зеркало резонатора. Получены рекордно высокие значения оптического и дифференциального КПД генерации 19.1 и 24.5 % соответственно при высоких значениях средней мощности (1.7 Вт) и стабильности (среднеквадратическое отклонение средней мощности 0.034 Вт) генерации непрерывной серии пикосекундных лазерных импульсов с хорошим качеством пучка (М2 = 1.3х1.4) по сравнению с другими твердотельными лазерами с синхронизацией мод резонатора графеновыми затворами. (По материалам статьи D.P. Tereshchenko, M.N. Ershkov, S.A. Solokhin, S.A. Slukhov, S.N. Smetanin, Yu.A. Kochukov, A.G. Papashvili, M.G. Rybin, A. Ismaeel, E.D. Obraztsova, «Highly efficient, powerful Nd:YAG laser CW mode-locked with a monolayer CVD graphene saturable absorber mirror», Journal of the Optical Society of America B. – 2024. – Vol. 41, No. 2. – P. 514-518. DOI: 10.1364/JOSAB.514747)
Быстрый количественный магнитный иммуноанализ для чувствительного обнаружения токсинов в продуктах питания: нековалентная функционализация нанометок по сравнению с ковалентной иммобилизацией
В работе представлен новый универсальный подход к получению нековалентнo функционализированных магнитных конъюгатов, и приведено его всестороннее сравнение со стратегией ковалентной иммобилизации биораспознающих рецепторных молекул на наночастицы. Установлено, что предложенный подход позволяет получить наноконъюгаты, обеспечивающие возможность разработки тест-систем с аналитическими характеристиками, не имеющими мировых аналогов. Эффективность таких тест-систем продемонстрирована на примере обнаружения ультранизких концентраций микотоксина зеараленона в продуктах питания. Созданная в работе аналитическая система может использоваться для диагностики, мониторинга и борьбы с контаминацией микотоксинами, что является критически важным для контроля пищевых продуктов. Кроме того, предложенный в работе подход позволяет существенно упростить создание сверхчувствительных тест-систем в таких областях как медицинская диагностика, мониторинг распространения инфекционных заболеваний, контроль безопасности окружающей среды. (По материалам статьи Orlov A.V., Znoyko S.L., Malkerov J.A., Skirda A.M., Novichikhin D.O., Rakitina A.S., Zaitseva Z.G., Nikitin P.I., Quantitative Rapid Magnetic Immunoassay for Sensitive Toxin Detection in Food: Non-Covalent Functionalization of Nanolabels vs. Covalent Immobilization. // Toxins. – 2024. – V. 16. – № 1 (January 2024). – P. 5. DOI: 10.3390/toxins16010005)
Мониторинг флуоресценции и оксигенации опухоли в процессе фотодинамической терапии с применением фотосенсибилизаторов на основе хлорина е6
Разработан метод контроля состояния биологических тканей в процессе лазерно-индуцированной фотодинамической терапии, включающий одновременный мониторинг концентрационного распределения фотосенсибилизаторов на основе хлорина е6, кинетики фотообесцвечивания фотосенсибилизатора, состояния сосудистой системы облучаемых тканей, уровня оксигенации гемоглобина и уровня кровенаполненности микроциркуляторного русла. (По материалам статьи Efendiev K., Alekseeva P., Linkov K., Shiryaev A., Pisareva T., Gilyadova A., Reshetov I., Voitova A., Loschenov V. Tumor fluorescence and oxygenation monitoring during photodynamic therapy with chlorin e6 photosensitizer // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. – 2024. – Vol. 45. – Art. № 103969. DOI: 10.1016/j.pdpdt.2024.103969)
Влияние профилей легирования атомами Ge и ионами Bi на формирование висмутовых активных центров в германосиликатных волоконных световодах
Впервые изучены закономерности формирования висмутовых активных центров (ВАЦ) в серии германосиликатных световодов с различными профилями радиального распределения атомов Ge и ионов Bi. Определена эффективность преобразования ионов Bi в ВАЦ в различных пространственных областях сердцевины изученных световодов. Проведенные исследования позволили оптимизировать профиль распределения легирующих добавок в световоде таким образом, что в результате стало возможным на основе таких материалов создать волоконные ИК лазеры с рекордными характеристиками. (По материалам статьи Alyshev S.V., Vakhrushev A.S., Khegai A.M., Firstova E.G., Riumkin K.E., Melkumov M.A., Iskhakova L.D., Umnikov A.A., Firstov S.V., «Impact of doping profiles on the formation of laser-active centers in bismuth-doped GeO2–SiO2 glass fibers» Photonics Research. – 2024. – Vol. 12, No 2. P. 260-270. DOI: 10.1364/PRJ.498782)
Применение безызлучательного переноса энергии от Tb3+ к Nd3+ для накачки 6-микронного твердотельного лазера
Впервые в мире реализован новый лазерный переход 4I11/2→4I9/2 ионов Nd3+. В первом же исследовании достигнута выходная энергия до 16 мДж. Диапазон перестройки неодимового лазера составил 5.56÷6.01 мкм. Лазер на ионах неодима оказался самым длинноволновым среди всех лазеров, реализованных на легированных редкоземельными элементами стеклах. (По материалам статьи B.I. Denker, M.P. Frolov, B.I. Galagan, V.V. Koltashev, V.G. Plotnichenko, M.V. Sukhanov, S.E. Sverchkov, A.P. Velmuzhov. «Application of non-radiative energy transfer from Tb3+ to Nd3+ for pumping a 6 μm solid-state laser» Journal of Luminescence. – 2024. – Vol. 266. – 120288. DOI: 10.1016/j.jlumin.2023.120288)
Мезоморфизм, диэлектрическая проницаемость и ионная проводимость тридецилата холестерола, легированного малослойными фрагментами графита
Установлено нелинейное влияние малослойных графитовых фрагментов на температуру фазового перехода и диэлектрические свойства холестерического жидкого кристалла тридецилата холестерола, сопровождающееся впервые обнаруженным двойным SmA-N* переходом. (По материалам статьи D.N. Chausov, A.D. Kurilov, A.I. Smirnova, D.N. Stolbov, R.N. Kucherov, A.V. Emelyanenko, S.V. Savilov, N.V. Usol’tseva. Mesomorphism, Dielectric Permittivity, and Ionic Conductivity of Cholesterol Tridecylate Doped with Few-Layer Graphite Fragments // Journal of Molecular Liquids. – 2023. – Volume 374. – p. 121139. DOI: 10.1016/j.molliq.2022.121139)
Специфичный и чувствительный метод определения фолиевой кислоты с помощью безметочного хемонсенсора, использующего одноразовые чипы на основе микроскопных покровных стёкол
Разработан новый высокочувствительный метод определения фолиевой кислоты, обладающий высокой селективностью. Особенностью метода является возможность проведения анализа с помощью очень доступных по цене сенсорных чипов, получаемых из обычных микроскопных покровных стёкол без нанесения каких-либо металлических или диэлектрических плёнок. Разработанная тест-система обладает широким динамическим диапазоном определяемых концентраций от 0.9 до 220000 пМ. В работе впервые сделаны выводы о стабильности биослоя, формирующегося на поверхности данных хемосенсорных чипов, показана возможность восстановления биослоя после проведения анализа. (По материалам статьи D.O. Novichikhin, A.V. Orlov, M.L. Antopolsky, S.L. Znoyko, P. I. Nikitin. Specific and Sensitive Determination of Folic Acid by Label-Free Chemosensors with Microscope Glass Slips as Single-Use Consumables. Chemosensors. – 2022. – 11(1). – 17. DOI: 10.3390/chemosensors11010017)
Прямой одноэтапный метод синтеза положительно заряженных носителей на основе наночастиц золота для эффективной доставки малых интерферирующих РНК
Впервые предложен и продемонстрирован прямой одноэтапный метод синтеза положительно заряженных мультифункциональных золотых наночастиц для применения в качестве наноносителей генно-терапевтических молекул РНК и адресного подавления размножающихся клеток. Созданные наноносители одновременно обеспечивают: сохранность РНК от воздействия ферментов живого организма, проникновение внутрь живых клеток за счет наличия специальных пептидов на поверхности, а также селективное генно-терапевтическое подавление целевых клеток молекулами РНК. Золотые наноносители были охарактеризованы с помощью спектрофотомерии по сдвигу спектров локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР), а также с применением просвечивающей электронной микроскопии. Высокая эффективность синтезированных золотых наноносителей была продемонстрирована на примере адресной доставки малой интерферирующей РНК внутрь модельных клеток линии APRE-19, предварительно трансфицированных геном SEAP, регулирующим синтез эмбриональной щелочной фосфатазы, которую удобно регистрировать методами хемилюминесценции. Показано, что доставленные внутрь клеток молекулы РНК остались неповреждёнными, что позволило осуществить подавление целевого гена клеток APRE-19. Разработанные наноносители удобно контролировать оптически по спектрам ЛППР и применять для внутриклеточной доставки широкого круга отрицательно заряженных макромолекул, таких как антисмысловые олигонуклеотиды, блокирующие синтез необходимых для роста клеток белков, и разнообразные типы генно-терапевтических молекул РНК. (По материалам статьи Elizarova T.N., Antopolsky M.L., Novichikhin D.O., Skirda A.M., Orlov A.V., Bragina V.A., Nikitin, P.I. «A Straightforward Method for the Development of Positively Charged Gold Nanoparticle-Based Vectors for Effective siRNA Delivery» Molecules. – 2023. – Vol. 28, No. 8. – P. 3318. DOI: 10.3390/molecules28083318)
Конкуренция между нелинейными процессами, возбуждаемыми пикосекундными лазерными импульсами в ВКР-активном кристалле натриевого дивольфрамата, для двух поляризаций возбуждения
Впервые продемонстрирована конкуренция двух нелинейных процессов в одном ВКР-активном кристалле в зависимости от его ориентации по отношению к линейно-поляризованному возбуждающему лазерному излучению. (По материалам статьи D.S. Chunaev, S.B. Kravtsov, V.E. Shukshin, V.D. Grigorieva, V.N. Shlegel, P.G. Zverev. Competition between nonlinear processes excited by picosecond laser pulses in disodium ditungstate Raman crystal for two excitation polarizations. Laser Physics Letters. – 2023. –20(6). –065401. DOI: 10.1088/1612-202x/accf75)
Влияние случайных примесей на спектрально-люминесцентные свойства кристалла ZnWO4
Разработана технология глубокой очистки реактивов ZnO и WO3 от случайных примесей. Из полученных реактивов выращен монокристалл ZnWO4. Проведены сравнительные спектрально-люминесцентные исследования этого кристалла и кристалла-эталона ZnWO4, выращенного в тех же условиях, но с использованием коммерческих реактивов ZnO и WO3 квалификации «5N». (По материалам статьи Subbotin K., Titov, A., Solomatina V., Khomyakov A., Pakina E., Yakovlev V., Valiev, D., Zykova M., Kuleshova K., Didenko Y., Lis D., Grishechkin M., Batygov S., Kuznetsov S., Avetissov I. Influence of Accidental Impurities on the Spectroscopic and Luminescent Properties of ZnWO4 Crystal.- Materials 2023, 16, 2611. DOI: 10.3390/ma16072611)
Индуцированные зарядом изменения структуры одномерного йода внутри одностенных углеродных нанотрубок маленького диаметра
Авторами работы была сконструирована электрохимическая ячейка типа “суперконденсатор”, где рабочим электродом являлась пленка из одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ), заполненных йодом. Наблюдалась in situ индуцированная зарядом (легированием) трансформация одномерных объектов йода внутри ОУНТ. Полученные результаты являются шагом к производству наноразмерных элементов, свойства которых можно модулировать, а главное, эти изменения можно обнаружить и предсказать. Другим важным применением является использование таких объектов в качестве маркера локального заряда и распределения заряда по поверхности, например, электродов в электрохимических ячейках. (По материалам статьи A.A. Tonkikh, D.V. Rybkovskiy, E.D. Obraztsova, “Charge- induced structure variations of 1D-iodine inside thin SWCNTs”, The Journal of Physical Chemistry C, 127 (6), 3005-3012, 2023. DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c06920)
Характеристики непрерывного ~ 5 мкм лазера на легированном Ce3+ халькогенидном световоде
В работе впервые реализован непрерывный Ce3+ лазер среднего инфракрасного диапазона спектра на основе халькогенидного оптического волокна. Для сердцевины волокна использовано легированное церием селенидное стекло Ge20Ga5Sb10Se65, для оболочки – нелегированное сульфидное стекло Ge12As20Sb5S63. В качестве источника накачки применен непрерывный 4.16 мкм лазер на кристалле Fe2+:ZnSe. Ce3+ лазер работал при комнатной температуре на длинах волн вблизи 5 мкм. Выходная мощность излучения достигала 0.5 мВт. (По материалам статьи V.V. Koltashev, M.P. Frolov, S.O. Leonov, S.E. Sverchkov, B.I. Galagan, Yu.V. Korostelin, Ya.K. Skasyrsky, G.E. Snopatin, M.V. Sukhanov, A.P. Velmuzhov, V.I. Kozlovsky, B.I. Denker, V.G. Plotnichenko «Characteristics of a CW ~ 5 μm Ce3+-doped chalcogenide glass fiber laser» Laser Physics Letters. – 2023. – Vol. 20. – 095801. DOI: 10.1088/1612-202X/ace9ce)
Синтез порошка-прекурсора SrF2:Yb:Er для керамики методом соосаждения из водных растворов при использовании различных фторирующих агентов: NaF, KF и NH4F
В работе впервые описан процесс роста протяженных плоских наночастиц SrF2:Yb:Er из частиц меньших размеров сферической морфологии. Исследование позволило усовершенствовать процесс синтеза высококачественных порошков-прекурсоров для получения оптической керамики, защитной маркировки и фотоконверсионных покрытий для увеличения КПД солнечных панелей. (По материалам статьи Yu.A. Ermakova, D.V. Pominova, V.V. Voronov, A.D. Yapryntsev, V.K. Ivanov, N.Yu. Tabachkova, P.P. Fedorov, S.V. Kuznetsov. Synthesis of SrF2:Yb:Er ceramics precursor powder by co-precipitation from aqueous solution with different fluorinating media: NaF, KF and NH4F. Dalton Trans. – 2022. – 51. – 5448. DOI: 10.1039/D2DT00304J)
Однофазные нанопорошки Sr0.85-xBaxEu0.15F2.15: исследование структуры и рентгенолюминесцентных характеристик
В работе предложен новый подход к получению рентгеновизуализационных материалов, заключающийся в синтезе сложных составов на основе твердого раствора Sr0.85-xBaxEu0.15F2.15 посредством замены стронция на более тяжелый элемент - барий. Предложенный подход даёт возможность синтезировать ранее недоступные твердые растворы на основе фторида бария с редкоземельными элементами при стабилизации его фторидом стронция, что позволяет существенно увеличить интенсивность люминесценции. (По материалам статьи S.V. Kuznetsov, Yu.A. Ermakova, K.N. Boldyrev, V.S. Sedov, A.A. Alexandrov, V.V. Voronov, S.Kh. Batygov, A.D. Rezaeva, A.R. Drobysheva, N.Yu. Tabachkova. Single-Phase Nanopowders of Sr0.85-xBaxEu0.15F2.15: Investigation of Structure and X-ray Luminescent Properties / Ceramics International. 2023. V. 49, Is. 23. P. 39189-39195. DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.09.262)
Обнаружение эффекта Фано в чистом наноалмазе, терминированном водородом
Впервые в ИК-спектрах поглощения алмазных наночастиц, терминированных водородом, обнаружен узкий пик прозрачности на частоте 1328 см-1. Необычный для чистого алмаза пик прозрачности мы связываем с деструктивной интерференцией Фано типа между фононами алмазной решетки и свободными носителями заряда, индуцированными водородом в приповерхностном слое наноалмаза. (По материалам статьи Kudryavtsev O.S., Bagramov R.H., Satanin A.M., Shiryaev A.A., Lebedev O.I., Romshin A.M., Pasternak D.G., Nikolaev A.V., Filonenko V.P., Vlasov I.I. «Fano-type Effect in Hydrogen-Terminated Pure Nanodiamond»; Nano Letters. – 2022, – Vol. 22, No. 7, – P. 2589-2594 DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04887)
Лазерные характеристики ультракороткого резонатора Фабри-Перо на основе фоточувствительного Er-Yb многокомпонентного волокна с силикофосфатной сердцевиной
В работе описан одночастотный волоконный лазер на основе разработанного в ИОФ РАН композитного оптического волокна, активированного ионами Er3+ и Yb3+. Такие композитные (с сердцевиной на фосфатной основе и с кварцевой оболочкой) волокна сочетают достоинства фосфатных (высокий уровень легирования, эффективная лазерная генерация в системе Er-Yb) и кварцевых волоконных световодов (механическая прочность, влагостойкость, минимальные потери при сварке со стандартными кварцевыми волокнами). В настоящей работе был обнаружен и качественно объяснен интересный и практически важный эффект. Если при накачке по сенсибилизационной схеме в полосу поглощения иттербия (на 974,5 нм) лазер во всем диапазоне значений мощности накачки генерировал строго непрерывно, то при накачке непосредственно ионов эрбия (на длине волны 1485 нм) генерация лазера имела тенденцию к самомодуляции добротности, а непрерывный режим достигался лишь при значительном (в несколько раз) превышении порога. Накачка в полосу поглощения Yb3+ также оказалась более эффективной энергетически. Она обеспечила низкопороговую (6 мВт) и эффективную (дифф. КПД 4% от поглощенной мощности) работу на одной продольной моде с выходной мощностью 17 мВт.
Таким образом, по своим характеристикам представленный лазер вполне сопоставим с коммерчески доступными полупроводниковыми диодными аналогами, использующимися в настоящее время в телекоммуникационном сегменте. В то же время, волоконный лазер, по сравнению с полупроводниковым, отличается нечувствительностью к электромагнитным помехам, устойчивостью к воздействию агрессивных сред, а также более широким рабочим диапазоном температур (от -50 до +100 °С).
(По материалам статьи A.A. Rybaltovsky, A.P. Bazakutsa, B.I. Denker, O.N. Egorova, S.E. Sverchkov, V.V. Velmiskin. «Lasing features of the ultra-short Fabry–Perot cavity on the basis of a photosensitive Er/Yb-doped multimaterial fiber with a silicophosphate core» Journal of the Optical Society of America B. – 2023. – Vol. 40, No. 5. – P. 1182-1186. DOI: 10.1364/JOSAB.486728)
Сенсибилизация 5-6 мкм люминесценции ионов Nd3+ в селенидном стекле ионами Tb3+
Одними из самых известных активаторов твердотельных лазерных сред являются трехвалентные ионы неодима. Неодимовые лазеры с длиной волны генерации 1,06 мкм являются одними из самых распространенных лазеров. Вместе с тем, ионы Nd3+ в матрицах с коротким фононным спектром могут проявлять интенсивную люминесценцию в области 5-6 мкм, в частности, на переходе 4I11/2 - 4I9/2. Однако вопрос получения генерации за счет ионов Nd3+ в средней инфракрасной области если и рассматривался периодически специалистами, то преимущественно в теоретическом плане. Прямая оптическая накачка перехода 4I11/2 - 4I9/2 осложнена неудобным расположением полос поглощения неодима. В настоящем исследовании предложено использовать ионы Tb3+ в качестве эффективных сенсибилизаторов 5-6 мкм люминесценции ионов неодима в селенидных стеклах. Ионы Tb3+ удобно накачивать Er:YAG лазерами с длиной волны 2,9 мкм, а также тулиевыми лазерами и лазерными диодами с длинами волн в диапазоне 1,9-2 мкм. В работе было установлено, что в селенидных стеклах имеет место эффективный безызлучательный перенос энергии от Tb3+ к Nd3+, но при комнатной температуре он сочетается с обратным процессом переноса энергии от Nd3+ к Tb3+, что затрудняет достижение инверсии на рассматриваемом переходе. Однако при охлаждении образца до температуры жидкого азота передача энергии от Tb3+ к Nd3+ становится необратимой. Предложенная схема сенсибилизации должна позволить разработать лазеры на неодимовом селенидном стекле, излучающие в области ~ 6 мкм. (По материалам статьи B.I. Denker, M.P. Frolov, B.I. Galagan, V.V. Koltashev, Yu.V. Korostelin, V.G. Plotnichenko, M.V. Sukhanov, S.E. Sverchkov, A.P. Velmuzhov. Sensitization of 5-6 μm Nd3+ luminescence in selenide glass by Tb3+ ions, Journal of Luminescence 263 (2023) 120056 DOI: 10.1016/j.jlumin.2023.120056)
Поливалентные состояния ионов хрома в новом монокристалле Ca3(VO4)2:Cr
В настоящей работе кристаллы ортованадата кальция, активированные ионами хрома, были синтезированы методом Чохральского. Разработанная технология обеспечивала получение образцов высокого оптического качества. Проведенные исследования спектроскопических свойств синтезированного кристалла впервые показали наличие ионов хрома в трех различных валентных состояниях: Cr3+, Cr4+ и Cr5+. Благодаря широкому спектру люминесценции ионов хрома, данный кристалл может рассматриваться как перспективная лазерная матрица для перестраиваемых лазеров в ИК области спектра. При этом возможно получение как широкополосной генерации ионов Cr3+ в диапазоне 800-1000 нм, так и генерации ионов Cr4+ в диапазоне 1100-1400 нм.
(По материалам статьи M.E. Doroshenko, L.I. Ivleva, I.S. Voronina, E.E. Dunaeva. Polyvalent chromium ions state in new Ca3(VO4)2:Cr single crystal. J. of Luminescence. – 2023. – 253. – 119449 DOI: 10.1016/j.jlumin.2022.119449)
Накачиваемые в оболочку висмутовые волоконные усилители, работающие в O-, E- и S-телекоммуникационных диапазонах
Впервые продемонстрирована принципиальная возможность создания волоконных усилителей, накачиваемых многомодовым излучением полупроводниковых диодов, на основе различных типов висмутовых световодов, которые способны работать в O-, E- и S-телекоммуникационных диапазонах (O {1260–1360 нм}; E {1360–1460 нм}; S {1460–1530 нм}). (По материалам статьи Alexander Vakhrushev, Aleksandr Khegai, Sergey Alyshev, Konstantin Riumkin, Alexander Kharakhordin, Elena Firstova, Andrey Umnikov, Alexey Lobanov, Fedor Afanasiev, Aleksei Guryanov, Mikhail Melkumov, Sergei Firstov, «Cladding-Pumped Bismuth-Doped Fiber Amplifiers Operating in O-, E- and S-telecom Bands» Optics Letters. – 2023. – Vol. 48, No. 6. – P. 1339-1342. DOI: 10.1364/OL.482873)
Фотолюминесценция в ближней инфракрасной области 7-а нанополос графена, полученных методом снизу-вверх
Были синтезированы 7-а нанополосы графена (7а-НПГ) и показано, что нанополосы имеют широкую оптическую запрещенную зону с максимумом пика экситонной фотолюминесценции (ФЛ) при 608 нм (2,04 эВ). В то же время суспензии 7а-НПГ имеют яркую ФЛ в инфракрасной области спектра с максимумом пика при 910 нм (1,36 эВ). Относительная интенсивность этого пика увеличивается при добавлении допанта p-типа в раствор НПГ. Энергия этого ФЛ перехода, равная 1,36 эВ, хорошо согласуется с теоретически предсказанной энергией низшего яркого состояния триона в отдельно стоящих 7а-НПГ. (По материалам статьи P.V. Fedotov, E.D. Obraztsova. Near infrared photoluminescence of the bottom-up produced 7-armchair graphene nanoribbons. Appl. Phys. Lett. - 2023. - 122 (1). - 013101 (1-6). DOI: 10.1063/5.0131405)
Исследование динамики поглощения из возбужденного состояния 5I7 ионов гольмия в кварцевых волокнах
В настоящей работе исследовано поглощение непрерывного и импульсного резонансного излучения с длиной волны 1,6 мкм при переходе из возбужденного состояния 5I7 ионов гольмия в кварцевом волокне. Анализ экспериментальных и расчетных данных динамики поглощения для случая импульсной накачки гольмиевого волокна на длине волны 1,128 мкм и одновременного пропускания резонансного излучения на длине волны 1,6 мкм позволил определить неизвестное ранее значение сечения поглощения на переходе 5I7 → 5I5, равное 1,9×10-21 см2. Было обнаружено взаимное влияние характеристик гольмиевого волокна и резонансного излучения на длине волны 1,6 мкм. (По материалам статьи Filatova S.A., Fale A.E., Kamynin V.A., Wolf A.A., Zhluktova I.V., Nanii O.E., Smirnov A.P., Babin S.A., Fedoseev A.I., Tsvetkov V.B., «Investigation of absorption dynamics from the excited state 5I7 of holmium ions in optical silica-based fibers», Journal of Lightwave Technology. – 2023. – Vol. 41, No. 19. – P. 6400-6407. DOI: 10.1109/JLT.2023.3278534)
Электрические токи в плазменных струях, возникающих в области магнитного пересоединения: сравнительное исследование лабораторных экспериментов и спутниковых наблюдений
В настоящей работе было впервые проведено сопоставление токовых структур в лабораторных токовых слоях и в магнитосферном токовом слое. Обнаружено появление токов обратного направления на фронтах плазменных потоков, распространяющихся в хвостовой области магнитосферы по направлению к Земле, что согласуется с результатами лабораторных экспериментов. Отсюда следует, что обратные токи должны оказывать влияние на динамику потоков плазмы в магнитосфере Земли, как и в лаборатории, и регистрируемое многими спутниковыми миссиями ограничение длительности магнитосферных плазменных потоков может быть обусловлено возбуждением электрических токов обратного направления. (По материалам статьи Frank A.G., Artemyev A.V., Lu S., Zhang X.-J., Kyrie N. «Currents in reconnection plasma jets: comparative study of laboratory experiments and spacecraft observations» Plasma Physics and Controlled Fusion – 2023 – Vol. 65, P. 095006(1-12). DOI: 10.1088/1361-6587/ace73a)
Экспрессный высокочувствительный метод измерения концентрации охратоксина А в продуктах питания с помощью тест-полосок на основе магнитных биометок
В работе, опубликованной в одном из наиболее авторитетных журналов в области создания методов анализа продуктов питания, учёные из ИОФ РАН предложили новый скоростной и чувствительный подход для измерения концентрации опасного пищевого микотоксина, охратоксина А. (По материалам статьи Orlov A.V., Malkerov Ju.A., Novichikhin D.O., Znoyko S.L., Nikitin P.I. Express high-sensitive detection of ochratoxin A in food by a lateral flow immunoassay based on magnetic biolabels. Food Chemistry, 2022, vol. 383, p. 132427. DOI: 10.1016/j.foodchem.2022.132427)
Износ режущего инструмента на основе карбида вольфрама с алмазоподобными и микро/нано поликристаллическими алмазными покрытиями при обработке композиционного сплава Al/SiC
Авторским коллективом из ИОФ РАН увеличена эффективность применения инструмента из сплава WC+Co при прерывистом фрезеровании металло-матричного композита (ММК) на основе силумина с 18% SiC (А-390). (По материалам статьи Ashkinazi, E.E., Fedorov, S.V., Martyanov, A.K., Sedov, V.S., Khmelnitsky, R.A., Ralchenko, V.G., Ryzhkov, S.G., Khomich, A.A., Mosyanov, M.A., Grigoriev, S.N. and Konov, V.I., 2023. Wear of Carbide Plates with Diamond-like and Micro-Nano Polycrystalline Diamond Coatings during Interrupted Cutting of Composite Alloy Al/SiC. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 7(6), p.224. DOI: 10.3390/jmmp7060224)
Композитные пленки алмаз-германий, синтезированные в СВЧ плазме
Авторским коллективом из ИОФ РАН методом химического осаждения из газовой фазы был синтезирован новый материал: микрокристаллические композитные пленки алмаз-германий с настраиваемым коэффициентом теплового расширения для интеграции композитных теплоотводов на основе алмаза с мощными полупроводниковыми электронными устройствами. (По материалам статьи Victor Ralchenko, Vadim Sedov, Artem Martyanov, Valery Voronov, Sergey Savin, Andrey Khomich, Mikhail Shevchenko, Andrey Bolshakov. «Diamond-Germanium Composite Films Grown by Microwave Plasma CVD». Carbon 190, 2022: 10–21. DOI: 10.1016/j.carbon.2022.01.003)
Формирование центров окраски Германий-Вакансия в поли- и монокристаллических CVD-алмазах
Авторским коллективом из ИОФ РАН впервые осуществлена инженерия поликристаллических и монокристаллических алмазных плёнок, легированных германием, заключающаяся в поэтапном комбинировании высокоскоростного синтеза алмаза в СВЧ плазме с использованием газообразного источника примеси (моногермана GeH4) с последующим медленным утонением синтезированной плёнки до нужной толщины за счёт её травления атомарным водородом. (По материалам статьи V. Sedov, A. Martyanov, I. Tiazhelov, A. Romshin, D. Pasternak, K. Boldyrev, V. Krivobok, S. Savin, P. Pivovarov, M. Nesladek, V. Ralchenko, Formation of Ge-V color centers in poly-and monocrystalline CVD diamond: A comparative study, Diamond and Related Materials. 138 (2023) 110206. DOI: 10.1016/j.diamond.2023.110206)
Электронно-циклотронный нагрев на второй гармонике: возможный негативный эффект трансформации мод вблизи резонанса
Исследован эффект линейной трансформации собственных волновых мод в неоднородной магнитоактивной плазме вблизи резонанса на второй гармонике электронно-циклотронной частоты при перпендикулярном распространении СВЧ пучка по отношению к внешнему магнитному полю. (По материалам статьи M. Tereshchenko. Second-harmonic electron-cyclotron resonance heating: A possible impact from mode coupling near the resonance. Physical Review E – 2023. – 107(5). – 055209. DOI: 10.1103/PhysRevE.107.055209)
Взрывоэмиссионные процессы в термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы и линейных электрон-позитронных коллайдерах
Показано, что микровзрывные процессы на катоде, сопровождаемые взрывной электронной эмиссией, лежат в основе механизмов инициирования радиочастотного вакуумного пробоя и функционирования униполярных дуг в термоядерных установках с магнитным удержанием. (По материалам статьи С.А. Баренгольц, Г.А. Месяц. Взрывоэмиссионные процессы в термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы и линейных электрон-позитронных коллайдерах. УФН. – 2023. – 193(7). – 751-769. DOI: 10.3367/UFNr.2022.02.039163)
Существенно нестационарное вынужденное комбинационное рассеяние в кристалле SrMoO4 под действием ультракоротких лазерных импульсов накачки с контролируемым чирпом
В работе представлена первая демонстрация эффективного однопроходного нелинейного преобразования частоты излучения субпикосекундного (0.25 пс) лазера с длиной волны 1030 нм в серию близко расположенных стоксовых компонент излучения в диапазоне длин волн 1066-1261 нм при существенно нестационарном вынужденном комбинационном рассеянии (ВКР) в кристалле SrMoO4 в условиях конкуренции с процессами нелинейной фазовой модуляции. (По материалам статьи Papashvili A.G., Kochukov Yu.A., Tereshchenko D.P., Smetanin S.N., Kharitonova P.D., Shukshin V.E., Dunaeva E.E., Voronina I.S., Ivleva L.I. «Highly transient stimulated Raman scattering in SrMoO4 under ultrafast laser pumping with a controllable chirp» Optics Letters. – 2023. – Vol. 48, No. 17. – P. 4528-4531. DOI: 10.1364/OL.499428)
Сверхразрешение на фазовом изображении π-фазовой ступеньки на плазмонной метаповерхности с использованием дифференциального гетеродинного микроскопа
Экспериментально продемонстрирован и исследован эффект сверхразрешения на фазовом отклике сканирующего дифференциального гетеродинного микроскопа для одиночного фазового объекта ступенчатого типа с фазовым перепадом ~180°. (По материалам статьи I. M. Akhmedzhanov, D. V. Baranov, B. A. Usievich. Superresolution in phase image of π-phase step on plasmonic metasurface using differential heterodyne microscope. Opt. Eng. – 2023. – 62(8). – 084102, DOI: 10.1117/1.OE.62.8.084102).
Обогащение спектра многоволновой пикосекундной генерации синхронно-накачиваемого ВКР-лазера на кристалле Sr(MoO4)0.8(WO4)0.2
Использование однофазного твердого раствора Sr(MoO4)0.8(WO4)0.2 в качестве активной среды лазера на вынужденном комбинационном рассеянии (ВКР) при синхронной пикосекундной накачке позволило получить генерацию шести компонент ВКР-излучения с малым межволновым интервалом в диапазоне длин волн 1194-1396 нм с комбинированным сдвигом частоты на первой (ν1 = 888 см-1) и второй (ν2 = 327 см-1) колебательных модах кристалла. (По материалам статьи Д.П. Терещенко, С.Н. Сметанин, А.Г. Папашвили, К.А. Губина, Ю.А. Кочуков, С.А. Солохин, М.Н. Ершков, Е.В. Шашков, В.E. Шукшин, Л.И. Ивлева, Е.Э. Дунаева, И.С. Воронина «Обогащение спектра многоволновой пикосекундной генерации синхронно-накачиваемого ВКР-лазера на кристалле Sr(MoO4)0.8(WO4)0.2» Журнал технической физики. – 2023. – Т. 93, вып. 4. – С. 488-494 DOI: 10.21883/JTF.2023.04.55036.270-22)
Синхронно-накачиваемый антистоксов комбинационно-параметрический лазер на кристалле CaMoO4
Впервые получена генерация синхронно-накачиваемого комбинационно-параметрического лазера и определены условия генерации одиночного ультракороткого антистоксова импульса с длиной волны 973 нм при внутрирезонаторной синхронной накачке пикосекундным (17 пс) ИАГ:Nd3+-лазером (1064 нм) с пассивной синхронизацией продольных мод лазерного резонатора. (По материалам статьи С.Н. Сметанин, Д.П. Терещенко, А.Г. Папашвили, Е.В. Шашков, М.Д. Лапина, В.E. Шукшин, К.А. Субботин, Д.А. Лис, А.И. Титов «Синхронно-накачиваемый антистоксов комбинационно-параметрический лазер на кристалле CaMoO4» Квантовая электроника. – 2022. – Т. 52, № 10. – С. 899-905.)
Адсорбция хлора на поверхность Ag (110): СТМ и ТФП исследование
В настоящей статье сообщается об обнаружении серии двумерных фазовых переходов и реконструкций монокристаллической грани серебра (110) при взаимодействии c молекулярным хлором. Важность данного результата заключается в том, что впервые удалось установить, как хлор модифицирует поверхность серебряного катализатора, используемого в реакции эпоксидирования этилена, тем самым приблизиться к установлению природы активных центров. Полученные результаты были достигнуты благодаря использованию сверхвысоковакуумного низкотемпературного сканирующего туннельного микроскопа и проведению квантово-химических расчетов в рамках теории функционала плотности. (По материалам статьи: Komarov N.S., Shevlyuga V.M., Loginov B.A., and Andryushechkin B.V “Chlorine Adsorption on the Ag(110) Surface: STM and DFT Study” J. Phys. Chem. C 127 (5) 2266–2273 (2023) DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c06480)
Мониторинг дыма от лесных пожаров внутри перистых облаков с использованием флуоресцентного лидара
В работе представлены результаты исследования атмосферного аэрозоля, полученные в рамках сотрудничества Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН и Лаборатории оптики атмосферы университета Лилля (Франция). Одним из основных типов аэрозолей является дым, частицы которого участвуют в формировании льда. В работе показано, что флуоресцентные лидары позволяют определять содержание дыма в верхней тропосфере и нижней стратосфере. (По материалам статьи: Veselovskii I., Q. Hu, A. Ansmann, P. Goloub, T. Podvin, M. Korenskiy: “Fluorescence lidar observations of wildfire smoke inside cirrus: a contribution to smoke–cirrus interaction research”, Atmospheric Chemistry and Physics, 22, 5209–5221, 2022. DOI: 10.5194/acp-22-5209-2022)
Свойства световодов на основе кварцевого стекла, легированных до высоких концентраций иттербием
Целью настоящей работы было определение технологических и физико-химических факторов, препятствующих увеличению содержания Yb2O3 в сердцевине световодов на основе кварцевого стекла. В рамках этой работы были исследованы световоды на основе наиболее распространенных стеклянных матриц – фосфоросиликатной, алюмосиликатной и фосфороалюмосиликатной. Для всех легирующих добавок были изготовлены серии световодов с рекордно высокой концентрацией оксида иттербия и исследованы их свойства. (По материалам статьи K.K. Bobkov, E.K. Mikhailov, T.S. Zaushitsyna, A.A. Rybaltovsky, S.S. Aleshkina, M.A. Melkumov, M.M. Bubnov, D.S. Lipatov, M.V. Yashkov, A.N. Abramov, A.A. Umnikov, A.N. Guryanov, M.E. Likhachev, «Properties of silica based optical fibers doped with an ultra-high ytterbium concentration”, Journal of Lightwave Technology, 40(2022), 6230-6239. DOI: 10.1109/JLT.2022.3191862).
Непрерывный волоконный тербиевый лазер,излучающий на длине волны ~5.25 мкм
В настоящей статье сообщается о создании первого в мире непрерывного волоконного лазера на активированном тербием халькогенидном стекле. На волокне длиной ~ 40 см при накачке ~ 2 мкм излучением тулиевого волоконного лазера при комнатной температуре было получено лазерное излучение с выходной мощностью ~ 40 мВт в спектральной полосе 5.20 — 5.28 мкм. Полученные результаты были достигнуты благодаря как достигнутому прогрессу в технологии синтеза высокочистых стёкол основы и изготовления из них оптических волокон, так и новому уровню знаний о процессах трансформации энергии электронного возбуждения в легированных редкоземельными ионами халькогенидных стеклах. (По материалам статьи B.I. Denker, B.I. Galagan, V.V. Koltashev, V.G. Plotnichenko, G.E.Snopatin, M.V. Sukhanov, S.E. Sverchkov, A.P. Velmuzhov, "Continuous Tb-doped fiber laser emitting at ~5.25 µm" Optics and Laser Technology, 154 (2022), 108355. DOI: 10.1016/j.optlastec.2022.108355)
Газоразрядный волоконный лазер с СВЧ накачкой
В результате совместных исследований, выполненных сотрудниками НЦВО РАН и отдела ВКИВ ИОФ РАН, впервые в мире создан газоразрядный волоконный лазер, возбуждаемый СВЧ-разрядом. (По материалам статьи А.В. Гладышев, Д.Г. Комиссаров, С.М. Нефедов, А.Ф. Косолапов, В.В. Вельмискин, А.П. Минеев, И.А. Буфетов. Газоразрядный волоконный лазер с СВЧ накачкой. Краткие сообщения по физике ФИАН. – 2023. – № 9. – С. 62-71.)
