Научно-исследовательская деятельностьОсновные научные направления

1.5. Лазероиндуцированные процессы в природных и синтезированных наноструктурах

Основатель и руководитель научного направления — Кучеренко Михаил Геннадьевич, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры радиофизики и электроники, директор Центра лазерной и информационной биофизики (ЦЛИБФ), почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации.


Направления подготовки:

  • Бакалавриат: 03.03.02 Физика, 03.03.03 Радиофизика
  • Магистратура: 03.04.02 Физика
  • Подготовка кадров высшей квалификации: 03.06.01 Физика и астрономия

Основные области исследований:

  • фотоника органических молекулярных и гибридных наноструктур;
  • процессы с участием электронно-возбужденных молекул в частично организованных системах, на поверхности раздела фаз, в молекулярных монослоях и пленках, в мицеллярных растворах, фуллеренах и углеродных нанотрубках, растворах макромолекул;
  • спектрохронография сложных молекул и молекулярных комплексов, оптические методы детектирования (включая голографию) временного развития фотопроцессов в молекулярных наноструктурированных системах;
  • нелинейные фотопроцессы в дисперсных системах и наноструктурах;
  • компьютерное моделирование кинетики фотореакций с учетом пространственных корреляций межчастичного распределения реагентов и особенностей их миграции;
  • компьютерное моделирование молекулярных процессов и расчет структуры молекулярных комплексов методами молекулярной динамики и квантовой химии;
  • моделирование спин-селективных процессов аннигиляции и кросс-аннигиляции электронных возбуждений, локализованных в наноструктурах и помещенных во внешнее магнитное поле; развитие теории RYDMR-спектроскопии;
  • наноплазмоника гибридных систем; квантовые аспекты плазмонных колебаний и вырожденности электронного газа металлических нанокомпозитов;
  • фотоиндуцированные процессы в молекулярных наноструктурах, перспективные для молекулярной наноэлектроники и создания молекулярно-оптических датчиков и систем;
  • разработка фундаментальных основ сканирующей ближнепольной микроскопии сверхвысокого разрешения с использованием эффекта FRET и усиления сигналов за счет плазмонного резонанса;
  • разработка методов создания наноструктур и наносистем для датчиков молекулярного кислорода, обладающих повышенным порогом чувствительности и высокоселективными характеристиками для проведения бесконтактных измерений концентрации основной (триплетной) и метастабильной электронно-возбужденной (синглетной) форм молекулярного кислорода в широком диапазоне значений в газовой атмосфере, над поверхностью твердого или жидкого технологического объекта, а также в жидких растворах, включая физиологические;
  • создание базовых функциональных наносистем, на основе гетерокомпозитов с окрашенными макромолекулярными цепями, молекулами поверхностно-активных, а также мезогенных веществ, подвергнутых импульсному лазерному воздействию с определенными амплитудными и частотными характеристиками.

Основные научные результаты:

  • установлены особенности протекания молекулярных фотореакций в кинетически нелинейных системах и restricted geometry systems; разработаны математические модели для описания специфической кинетики бимолекулярных фотоинициированных реакций в конденсированных молекулярных системах и наноструктурах;
  • показано, что, несмотря на разветвленный характер молекулярных фотореакций, протекающих в наноструктурах (в полостях пористых материалов и вблизи наночастиц — композитов), совокупный процесс формирования информационного сигнала люминесценции, чувствительного к наличию молекулярного кислорода в системе, может быть формализован на основе строгой математической модели, позволяющей осуществлять количественную обработку результатов спектрально-кинетических измерений;
  • разработана специальная люминесцентно-кинетическая методика определения концентрации молекулярного кислорода в основном и метастабильном возбужденном электронном состоянии. В ее основе лежат установленные связи между измеряемыми параметрами регистрируемых сигналов люминесцентных зондов в специально синтезированных наноструктурах и количеством (концентрацией) молекул кислорода в исследуемом объекте;
  • в перечне полученных результатов — эффект увеличения скорости межмолекулярного безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения вблизи плоской границы проводника и в окрестности металлических наночастиц различной формы. Теория переноса энергии в молекулярных системах вблизи поверхностей металлических тел и наночастиц;
  • исследован безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения между молекулами, размещенными вблизи поверхности проводящих наночастиц и нанокомпозитов, с учетом вырожденности электронного газа металла (Ag, Au, Cu). Установлены механизмы плазмонного увеличения скорости фотопроцессов вблизи металлических наночастиц различной формы;
  • созданы математические модели плазмон-индуцированного переноса энергии электронного возбуждения между молекулами, расположенными вблизи металлических наночастиц, нанокомпозитов и их кластеров;
  • разработана методика лазерного управления молекулярными фотопроцессами в конденсированной фазе посредством локального термоинициирования реакций и селективного изменения населенности возбужденных состояний;
  • исследованы механизмы записи и распада комбинированных голографических решеток в полимерных пленках с лазерным управлением их характеристиками, разрабатываются новые методы голографической записи информации на динамическом носителе;
  • на основе специально созданных квантовомеханических моделей и экспериментально изучены особенности изменения магниточувствительности и эффективности спин-селективных молекулярных фотопроцессов в пористых наноструктурированных адсорбентах и коллоидных растворах.

Персональный состав коллектива:

  1. Кучеренко Михаил Геннадьевич, д-р физ.-мат. наук, профессор, профессор каф. радиофизики и электроники, директор ЦЛИБФ
  2. Алимбеков Ильдар Ринатович, аспирант
  3. Кручинин Никита Юрьевич, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры радиофизики и электроники
  4. Налбандян Виктор Меружанович, ведущий инженер
  5. Неясов Петр Петрович, аспирант
  6. Пеньков Сергей Александрович, ст. инженер кафедры радиофизики и электроники
  7. Русинов Александр Петрович, канд. физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры радиофизики и электроники
  8. Скуратова (Измоденова) Светлана Викторовна, канд. физ.-мат. наук, старший преп. кафедры радиофизики и электроники
  9. Степанов Владимир Николаевич, канд. физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры радиофизики и электроники
  10. Тарасов Сергей Владимирович, магистрант
  11. Чмерева Татьяна Михайловна, д-р физ.-мат. наук, доцент, зав. кафедрой радиофизики и электроники

Основные данные о деятельности за период с 2013 по 2019 г.:

1. Количество публикаций участников коллектива, в том числе:

Вид публикации 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Итого за
7 лет
Патенты на изобретения 1 1 2
Свидетельства на программные продукты 2 2
Монографии, учебные пособия 1 2 1 1 1 6
Статьи в научных журналах 5 8 6 5 5 8 3 40
Статьи в сборниках, тезисы 7 30 17 15 16 29 14 128
Учебно-методические разработки (методические указания, рабочие программы, тесты) 8 10 28 18 17 8 12 101

Монографии:

  1. Кучеренко, М.Г. Процессы с участием электронно-возбужденных молекул на поверхностях твердых адсорбентов / М.Г. Кучеренко, Т.М. Чмерева. — Оренбург : ОГУ, 2010. — 346 с.
  2. Кучеренко, М.Г. Кинетика молекулярных фотопроцессов. Постановка и решение задач / М.Г. Кучеренко. — Оренбург : ОГУ, 2012. — 190 с.
  3. Кучеренко, М.Г. Экситонные процессы в полимерных цепях / М.Г. Кучеренко, В.Н. Степанов. — Оренбург : ОГУ, 2013. — 207 с.

2. Поощрения и достижения:

  • получили благодарность Федерального агентства по образованию — 1;
  • награждены почетной грамотой Оренбургской области (2009, 2014) — 3;
  • удостоены звания «Почетный работник высшего профессионального образования РФ» — 1;
  • награждены Почетной грамотой Министерства образования и науки РФ — 1;
  • стали лауреатами премии губернатора Оренбургской области в сфере науки и техники — 3.

3. Членами коллектива и под руководством членов коллектива защищены 1 докторская и 9 кандидатских диссертаций:

Защиты диссертаций в 2007–2018 гг.

  1. Гуньков Вячеслав Васильевич. Кинетика фотопроцессов в молекулярных системах на поверхностях твердых сорбентов. Защита 2007 г., Москва, Институт химической физики РАН. Специальность 01.04.17 «Химическая физика, в том числе физика горения».
  2. Степанов Владимир Николаевич. Исследование кинетики молекулярных процессов в растворах биополимеров методами оптической спектроскопии и голографии. Защита 2008 г., Ульяновск, УлГУ, Д 212.278.01. Специальность 01.04.05 «Оптика».
  3. Дюсембаев Руслан Нурлыханович. Зондирование надмолекулярной структуры наносистем на основе магнитного отклика спин-селективных фотопроцессов. Защита 2010 г., Ульяновск, УлГУ, Д 212.278.01. Специальность 01.04.05 «Оптика».
  4. Кислов Денис Алексеевич. Межмолекулярная трансформация энергии электронного возбуждения в наноразмерных системах. Защита 2011 г., Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, Д 501.001.45. Специальность 01.04.05 «Оптика».
  5. Чмерева Татьяна Михайловна. Кинетика процессов с участием электронно-возбужденных молекул на поверхностях твердых адсорбентов. Докторская дисс. Защита 2011 г., Ульяновск, УлГУ, Д 212.278.01. Специальность 01.04.05 «Оптика».
  6. Кручинин Никита Юрьевич. Исследование структуры и конформационной динамики макромолекул на поверхностях твердых адсорбентов и в нанокластерах. Защита 2012 г., Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, Д 501.002.01 (председатель совета — академик РАН А.Р. Хохлов). Специальность 01.04.07 «Физика конденсированного состояния».
  7. Измоденова Светлана Викторовна. Кинетика процессов с участием электронно-возбужденных молекул в системах наноструктурированных адсорбентов и кластеров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.05 «Оптика». Защита 18 июня 2014 г., Москва, НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В. Ломоносова, Д 501.001.45.
  8. Налбандян Виктор Меружанович. Взаимодействие молекул с плазмон-активированными наночастицами и их кластерами в магнитном поле. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико- математических наук по специальности 01.04.05 «Оптика». Защита 16 февраля 2018 г. Ульяновск. УлГУ, Д 212.278.01. Специальность 01.04.05 «Оптика».

Другие достижения:

Состоялся официальный визит директора ЦЛИБФ проф. М.Г. Кучеренко в Дрезденский научный центр Forschungszentrum Rossendorf (Германия) в статусе приглашенного ученого. Профессор Кучеренко выступил с докладом перед научными сотрудниками лаборатории биофизики Института радиационной физики Forschungszentrum Rossendorf.

Профессор М.Г. Кучеренко является председателем регионального отделения редакционного совета журнала «Датчики и системы» (Москва), а также членом редколлегии научного журнала «Вестник ОГУ». Почетный работник высшего профессионального образования РФ.

Дипломом лауреата Премии губернатора Оренбургской области в сфере науки и техники за 2012 год награждены Кучеренко М.Г. и Чмерева Т.М. за создание монографии «Процессы с участием электронно-возбужденных молекул на поверхностях твердых адсорбентов».

В результате успешной защиты диссертации и после прохождения трех туров испытаний Кручинину Н.Ю. было предложено занять постдоковскую позицию на кафедре теоретической физики и квантовых технологий МИСиС для выполнения исследовательской работы на тему «Аналитическая теория и численное моделирование болалипидных мембран методом молекулярной динамики».

Научно-педагогический коллектив принимал активное участие в организации и проведении пяти российско-японских семинаров «Магнитные явления в физикохимии молекулярных систем» (Russian-Japanese Seminar "Molecular and Biophysical Magnetoscience": 2007–2010), на которых было сделано 18 докладов.

Научная работа сотрудника ЦЛИБФ доцента Русинова А.П. «Разработка основ технологии получения рельефных фазовых решеток как основных конструктивных элементов лазеров с распределенной обратной связью для телекоммуникационных и сенсорно-измерительных устройств» стала победителем областного конкурса на соискание персональной стипендии Оренбургской области в 2013 году для молодых ученых.

Персональная стипендия губернатора Оренбургской области в 2014 году за работу «Разработка метода повышения эффективности работы электрохимических солнечных ячеек сенсибилизированных красителями за счет внедрения в конструкцию специально сформированных кластеров металлических наночастиц с плазмонным резонансом» указ губернатора Оренбургской области № 372-ук от 18.06.2014 г. (стипендиат Кислов Д.А.).

Дмитриев Антон Дмитриевич, студент гр. 10РФ, — стипендия администрации Оренбургской области для поддержки талантливой молодежи (2014).

Аспирант ЦЛИБФ и кафедры радиофизики и электроники Пеньков С.А. удостоен премии губернатора Оренбургской области для талантливой молодежи за 2015 год. Премия присуждена за работу в области спин-селективных реакций применительно к органическим светоизлучающим устройствам. Предложена возможность управления свечением органических светоизлучающих устройств с помощью магнитного поля. Исследованы пути повышения эффективности влияния магнитного поля на свечение органических светоизлучающих устройств. Работа выполнялась под руководством профессора Кучеренко М.Г.

Дипломом лауреата премии губернатора Оренбургской области в сфере науки и техники за 2015 год награждены директор ЦЛИБФ Кучеренко М.Г. и ведущие научные сотрудники ЦЛИБФ, доценты Степанов В.Н. и Чмерева Т.М. за работу «Исследование экситонных и плазмонных процессов с целью разработки композитных наноструктур „металл — диэлектрик”, перспективных для создания эффективных устройств твердотельной и квантовой электроники».


Основные научные проекты коллектива:

  • Селективное лазерное обогащение наноструктур и пористых материалов молекулярным кислородом в результате термодиффузии и оптический мониторинг эффективности локальной газовой инжекции (грант РФФИ № 06-08-00168, руководитель Кучеренко М.Г., 2006–2008);
  • Исследование трансформации энергии электронного возбуждения в молекулярных системах, конденсированных на поверхностях твердых диэлектриков (по заказу министерства образования и науки, руководитель Кучеренко М.Г., 2007–2009);
  • Создание функциональных наносистем на основе ячеечных структур оксида алюминия, заполненных окрашенными макромолекулярными цепями с селективным фотооткликом» (грант РФФИ № 08-02-99035, руководитель Кучеренко М.Г., 2008–2009);
  • Разработка методов создания функциональных наноустройств для датчика — измерителя молекулярного кислорода с дистанционным мониторингом состояний по оптическому каналу» (Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы», ГК № 16.513.11.3015, руководитель Кучеренко М.Г., 2011–2012);
  • Разработка методов формирования упорядоченных массивов наноструктур на основе оксида алюминия для люминесцентных сенсоров кислорода (аналитическая ведомственная целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы», руководитель Кучеренко М.Г., 2009–2011);
  • Плазмонные эффекты трансформации энергии электронного возбуждения молекулярных систем и квантовых точек вблизи проводящих поверхностей и нанотел (госзадание Минобрнауки РФ, руководитель проф. Кучеренко М.Г., 2009–2011);
  • Разработка лазерной технологии локального концентрирования фотоактивированных реагентов в структурах функциональных наносистем (грант РФФИ № 10-02-96021, руководитель Кучеренко М.Г., 2010–2012);
  • Математическое моделирование и оптимальное управление пространственно-временной динамикой иммунных процессов при инфекционных заболеваниях (грант РФФИ № 12-01-31325мол_а, руководитель Кислов Д.А., 2012–2014);
  • Разработка метода управления кинетикой процесса безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения за счет плазмонного резонанса в специально сформированных кластерах металлических наночастиц (грант РФФИ № 12-08-31380мол_а, руководитель Кислов Д.А., 2012–2013);
  • Разработка метода управления параметрами фотовольтаических элементов на основе диоксида титана за счет внедрения плазмонных наносистем с перспективой создания более эффективных солнечных ячеек Гретцеля (стипендия президента РФ № СП-1340.2015.1-1, руководитель Кислов Д.А., 2014–2015);
  • Проект РФФИ. Разработка гибридных экситон-плазмонных наносистем, перспективных для создания новых устройств молекулярной электроники и фотоники /14 от 13.07.2014 г. (грант РФФИ и правительства Оренбургской области № НК 14-07-97000, руководитель Кучеренко М.Г., 2014–2015);
  • Исследование плазмонных свойств двухкомпонентных композитных наночастиц для определения ближнепольных оптических характеристик гибридных молекулярных систем (госзадание Минобрнауки РФ, № 233, руководитель Кучеренко М.Г., 2014–2016);
  • Разработка метода повышения эффективности работы электрохимических солнечных ячеек на основе диоксида титана за счет внедрения в конструкцию металлических наночастиц с плазмонным резонансом (грант РФФИ № 15-08-04132, руководитель Кислов Д.А., 2015–2017);
  • Плазмонная передача энергии и повышение эффективности свечения молекулярных источников на поверхности цилиндрических оболочечных наноструктур (грант РФФИ и правительства Оренбургской области, № 16-42-560671, руководитель Кучеренко М.Г., 2016);
  • Плазмонные характеристики слоистых нанокомпозитных частиц со структурой «ядро — оболочка», многочастичных кластеров и пространственных решеток на их основе (госзадание Минобрнауки РФ № 3.7758.2017/БЧ, руководитель Кучеренко М.Г., 2017–2019).
  • Инактивация патогенных микроорганизмов и деструкция бактериальных пленок в реакциях с участием высоковозбужденных состояний фотосенсибилизаторов (госзадание Минобрнауки РФ № FSGU-2020-0003, руководитель группы Кучеренко М.Г., 2020–2022).

Контактная информация:

460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, ОГУ,

Центр лазерной и информационной биофизики; кафедра радиофизики и электроники.

Тел.: (35-32) 37-24-57, 37-28-40 (ЦЛИБФ, кафедра радиофизики и электроники), Кучеренко М.Г.

E-mail: rphys@mail.osu.ru; clibph@yandex.ru.

Последнее обновление: 27.01.2021
Ответственный за информацию: Болдырев Петр Алексеевич, управление научной и инновационной деятельности, начальник управления (тел.91-21-38)
Почтовый адрес:

460018, г. Оренбург,

просп. Победы, д. 13

Телефон:

+7 (35-32) 77-67-70

Факс:

+7 (35-32) 72-37-01

Горячая линия министерства образования Оренбургской области:

+7 (35-32) 34-26-35

+7 (35-32) 34-26-37

+7 (35-32) 34-26-30

         

Официальный сайт федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Оренбургский государственный университет».

Соглашение об использовании сайта

© ОГУ, 1999–2021. При использовании материалов сайта гиперссылка обязательна!