Анотація до роботи:

Сорокін О.В. Властивості екситонних збуджень J-агрегатів в умовах статичного й динамічного безладу (зв'язок із структурою). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 – оптика, лазерна фізика. Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків 2006.

Дисертаційна робота присвячена встановленню структури J-агрегатів amphi-PIC та особливостей формування локалізованих і поляронних екситонних станів в умовах великого ступеня безладу. Показано, що в залежності від умов приготування J-агрегати amphi-PIC можуть формувати одношарову (циліндричну) чи двошарову (циліндричну та дискову) структури. Встановлено, що при опроміненні короткохвильовим збудженням окремих (обособлених) J-агрегатів, відбувається фотоіндукована реорганізація їхнього молекулярного впакування. Вперше виявлені локальні екситонні стани в J-агрегатах, які проявляються в спектрах окремих J-агрегатів при низькій температурі у вигляді багатьох окремих ліній. Досліджено процес безвипромінювального переносу енергії в нанорозмірних системах на прикладі J-агрегатів та міцел ПАР. Показано, що в умовах великого ступеня безладу короткохвильову частину J-смуги формують делокалізовані екситони, а довгохвильовий край – локалізовані екситонні стани. Встановлено складний характер температурної залежності процесу міграції екситонів, пов’язаний з дією статичного та динамічного безладів. Показано ключову роль безладу в розвитку поляронної релаксації нижче дна екситонної зони й у формуванні бар'єра автолокалізації.

У дисертаційній роботі розв’язана поставлена наукова задача і встановлені особливості оптичних спектрів J-агрегатів amphi-PIC, як в ансамблі так і окремих, в умовах контрольованого ступеня безладу. Зокрема, встановлена мікроскопічна природа екситонних збуджень в J-агрегатах amphi-PIC, виявлена структура цих J-агрегатів, визначені особливості процесів міграції енергії екситонних збуджень в J-агрегатах і переносу енергії на пастки в нанорозмірних системах. Основними науковими та практичними результатами є такі:

1. Завдяки використанню методик кріогенної просвічуючої електронної мікроскопії та атомно-силової мікроскопії встановлена складна структура J-агрегатів amphi-PIC, яка, в залежності від умов утворення J-агрегатів, може бути або одношаровою, в вигляді циліндричної стопки кілець, або двошаровою, у вигляді циліндрів та спірально закручених дисків.

2. За допомогою методів люмінесцентної мікроскопії отримані люмінесцентні зображення та встановлені спектральні властивості окремих J-агрегатів amphi-PIC при кімнатній температурі. Виявлено, що при короткохвильовому збудженні окремих J-агрегатів, відбувається фотоіндукована реорганізація їхнього молекулярного впакування, внаслідок чого в спектрі люмінесценції з'являється нова смуга.

3. Завдяки застосуванню техніки низькотемпературної одномолекулярної спектроскопії, вперше експериментально підтверджене існування локальних екситонних станів в J-агрегатах (так звана "прихована структура"). Проявом цих локальних станів є значна гетерогенність спектрів збудження люмінесценції індивідуальних J-агрегатів amphi-PIC при Т = 1.5 К, які переважно складаються з двох груп ліній: вузьких на довгохвильовому краї спектру та короткохвильових широких.

4. Показано високу ефективність безвипромінювального переносу енергії в нанорозмірних системах (J-агрегати, міцели ПАР). Проявом високої ефективності є, наприклад, те, що в спектрі збудження люмінесценції пастки, інкорпорованої до J-агрегатів amphi-PIC, смуга, яка відповідає смузі поглинання J-агрегата, в два рази інтенсивніше за смугу, яка відповідає власній смузі поглинання. Також був реалізований трьохкаскадний перенос енергії між барвниками, інкорпорованими до міцел SDS, на спектральну відстань до 7000 см^-1.

5. Встановлено складну структуру смуги поглинання J-агрегатів amphi-PIC в умовах великого ступеня статичного безладу. Максимум J-смуги формують делокалізовані екситони, які вільно мігрують до пастки екситонного збудження, а її довгохвильовий край формують майже нерухомі локалізовані екситони.

6. Виявлені різні механізми транспорту локалізованих і делокалізованих екситонів в J-агрегатах amphi-PIC. У температурному інтервалі 70-300 К локалізовані екситони проявляють активаційний характер міграції, а їхня температурна залежність проходить через максимум. Транспорт делокалізованих екситонів має когерентний характер, а їхня температурна залежність демонструє монотонний спад при підвищенні температури.

7. Високий ступень безладу в J-агрегатах приводить до формування автолокалізованих (поляронних) станів нижче дна екситонної зони. Показано, що за появу цих станів відповідають делокалізовані екситони, що демонструє колективну природу процесу поляронної релаксації.

Публікації автора:

1. Features of low-temperature exciton dynamics in J-aggregates with topological disorder / Yu.V. Malyukin, G.S. Katrich, S.L. Efimova, and A.V. Sorokin // Fizika Nizkikh Temperatur.– 2003.– v.29, № 8.– P.906-909.

2. Thermal decomposition and structural features of S120 J-aggregates / Yu.V. Malyukin, S.L. Efimova, A.V. Sorokin, A.M. Ratner // Functional materials.– 2003.– v.10, № 4.– P.715-720.

3. Photo-induced reorganization of molecular packing of amphi-PIC J-aggregates (Single J-aggregate spectroscopy) / Yu.V. Malyukin, A.V. Sorokin, S.L. Efimova and A.N. Lebedenko // Journal of luminescence.– 2005.– v.112.– P.429-433.

4. Features of exciton transport in J-aggregates of amphi-PIC / Yu.V. Malyukin, A.V. Sorokin, A.N. Lebedenko, S.L. Efimova and G.Ya. Guralchuk // Functional materials.– 2005.– v.12, №1.– P.64-68.

5. Optical Spectroscopy on Individual amphi-PIC J-aggregates / Erwin Lang, Alexander Sorokin, Markus Drechsler, Yuri V. Malyukin and Jrgen Khler // Nano Letters. –2005. – v.5, №12. – 2635-2640.

6. Exciton transport in J-aggregates / Yu.V. Malyukin, A.N. Lebedenko, A.V. Sorokin and S.L. Efimova // Proc. of 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter. – Krakow (Poland), 2004.– P.97

7. Nano-scale control of energy transfer in the system “donor-acceptor” / S.L. Efimova, Yu.V. Malyukin, A.V. Sorokin, A.N. Lebedenko and I.A.Borovoy // Proc. of 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter.– Krakow (Poland), 2004.– P.139

8. Co-existence of free and self-trapped excitons in J-aggregates / Yu.V. Malyukin, A.N. Lebedenko, A.V. Sorokin and S.L. Efimova // Proc. of 6th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter.– Krakow (Poland), 2004.– P.146

9. Spectroscopy of Individual J-Aggregates / Erwin Lang, Sasha Sorokin, Yuri Malyukin and Jurgen Kohler // Proc. of 69 Annual Meeting of the Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG).– Berlin (Germany), 2005.– CPP12.4.