Физики Томского политехнического университета в составе международной коллаборации провели комплексное исследование молекул силана и его изотопов и смогли до десяти раз точнее по сравнению с известными научными данными измерить важные спектроскопические параметры соединения – колебательную структуру и параметры внутримолекулярной потенциальной функции молекулы. В будущем это позволит точнее предсказать состав атмосферы газовых планет и их спутников – Юпитера, Сатурна и Титана – и планетарных туманностей, а также улучшить технологии производства высокочистых полупроводников.
Результаты исследования ученых опубликованы в журнале Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer (Q1, IF: 2,3).
Колебательная структура и параметры внутримолекулярной потенциальной функции молекулы (ВПФ) – одни из важных характеристик молекул, лежащих в основе решения многочисленных прикладных задач в молекулярной физике и химии, спектроскопии, молекулярной динамике, кинетике, планетологии и промышленности. Существует два метода получения этих данных о молекуле. Первый – прямое определение параметров с помощью метода «ab initio» (обоснование явления из естественных законов природы без привлечения дополнительных эмпирических предположений – ред.). Расчеты, полученные таким образом, в разы хуже по сравнению с экспериментальными данными. Второй метод – полуэмпирический – основан на использовании высокоточной экспериментальной информации из инфракрасного и видимого диапазонов. Он намного точнее, однако для его применения до последнего времени было недостаточно экспериментальных данных.
Ученые Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политеха совместно с коллегами из Брауншвейгского технического университета (Германия) провели серию экспериментов с молекулами силана 28SiH₄ и его изотопологами, обозначаемыми как 29SiH₄ и 30SiH₄. С помощью комплексного подхода – новых высокоточных экспериментальных данных и специально разработанного аналитического метода – политехникам удалось получить спектроскопические данные о силане, превосходящие существующие по точности в десять раз.
«Наше исследование было сосредоточено на трех изотопологах силана с высоким уровнем симметрии. Сегодня эти соединения играют важную роль в анализе атмосферы газовых планет, в производстве высокочистых полупроводников и для понимания химических процессов в таких интересных объектах, как планетарные туманности. Наше исследование позволило получить высокоточную информацию о колебательных спектроскопических параметрах изотопологов, среди которых гармонические частоты, ангармонические и резонансные параметры и параметры так называемых тетраэдрических расщеплений. В свою очередь, эти результаты дали нам возможность сформировать полный список точных центров из 6375 колебательных полос различной симметрии вплоть до 9000 см−1 для трех изотопологов силана. Так что можно утверждать, что на сегодняшний день мы составили максимально точное и полное описание колебательной структуры силана», — отмечает руководитель исследования, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Олег Уленеков.
Для более точного описания колебательной структуры политехники применили метод эффективного гамильтона, который позволил оценить энергетические значения и собственные функций молекул, а также модифицированные полиномиальные формы (математические конструкции, позволяющие учитывать дополнительные условия при расчетах – ред.).
Кроме того, методы, использованные в исследовании, позволили сформулировать в аналитическом виде симметризированные колебательные функции (представляющие собой основу всех дальнейших исследований), что ранее было сложно сделать для молекул с такой высокой симметрией.
Источник информации: пресс-служба Томского политехнического университета
Источник фото: na.ria.ru
