Научная школа «Сверхбыстрые фотохимические процессы»
|
|
Руководитель: Иванов Анатолий Иванович доктор физико-математических наук, профессор. Место работы: Волгоградский государственный университет (ВолГУ) Должность: профессор кафедры теоретической физики и волновых процессов (ранее с 1992 по 2014 гг. — заведующий кафедрой).
|
Состав научной школы:
– Доктора наук: А.И. Иванов (профессор, д.ф.-м.н.), В.А. Михайлова (профессор, д.ф.-м.н.), С.В. Феськов (доцент, д.ф.-м.н.).
– Кандидаты наук: С.С. Хохлова (доцент, к.ф.-м.н.), В.В. Юданов (доцент, к.ф.-м.н.), А.Е. Назаров (к.ф.-м.н.), Р.Е. Малыхин (к.ф.-м.н.), И.П. Ермоленко (к.ф.-м.н.), Т.В. Михайлова (к.ф.-м.н.), Н.Б. Сипливый (к.ф.-м.н.).
Основные научные результаты:
– Разработана теория фотохимических реакций в неравновесном режиме и их проявлений в нестационарных спектрах. Созданы инструменты компьютерного моделирования кинетики многостадийных фотохимических реакций.
– Установлено, что закономерности неравновесных реакций кардинально отличаются от закономерностей термических реакций.
– Разработана теория, описывающая нарушение симметрии в возбужденных молекулах (квадрупольных, октупольных, димерах) и его проявления в электронных и колебательных спектрах. Сформулированы новые методы управления сверхбыстрыми реакциями.
– Разработана теория магнитного эффекта в флуоресценции флуорофора и эксиплекса в обратимых реакциях фотоиндуцированного разделения зарядов.
– Предсказан колебательный спектральный эффект (зависимость скорости переноса электрона от несущей частоты возбуждающего импульса), позже обнаруженный экспериментально.
– Разработана стратегия создания донорно-акцепторных диад для фотоиндуцированного разделения зарядов с максимальным квантовым выходом и энергетической эффективностью.
– В исследованиях возбужденных октупольных молекул предсказано существование «электрического спина 1/2», что перспективно для квантовой информатики и терагерцовых технологий.
Практические перспективы:
Результаты исследований ориентированы на создание эффективных органических преобразователей солнечной энергии (солнечных батарей), элементов молекулярной электроники (сенсоров, транзисторов, светодиодов), фотокаталитических систем, квантовых компьютеров и новых материалов. Разработанные теоретические модели и подходы применяются для анализа и интерпретации экспериментальных данных фемтосекундной спектроскопии.
Участие в конкурсах финансируемых программ и грантов:
Коллективом выполнено более 40 проектов(включая этапы и продления), среди которых:
Международные гранты:
– IZK0Z2_166972. Грант Швейцарского национального научного фонда. Theoretical modeling of the spectral dynamics during ultrafast photoinduced processes in liquids, 2016 г.
– Грант Еврокомиссии по программе ТЕМПУС JEP_26211_2005. Совместный Европейский проект "Бакалавриат и магистратура по специальности «Инженерная защита окружающей среды"", выполненный совместно с ВПШ г. Кёльн, университет г. Грац, международный институт г. Циттау (2007-2010).
– Грант Еврокомиссии по программе INTAS grant 96-1275. Supramolecular systems of reaction centres of photosynthesis on the base of selfassembling molecular blocks, выполненный совместно с техническим университетом г. Грац (Австрия), Восточно Английский университет г. Норвидж и Институтом молекулярной и атомной физики НАН г. Минск (Беларусь) (1998-2001).
Научные гранты:
– РНФ № 22-13-00180. Сверхбыстрые фотохимические процессы в донорно-акцепторных молекулярных системах и их проявления в нестационарных спектрах, руководитель (2022–2025).
– РНФ № 22-23-01061. Методы и инструменты анализа время-разрешенных спектров для исследования механизмов сверхбыстрых фотохимических реакций, исполнитель (2022–2024).
– РНФ № 16-13-10122. Теория нестационарных спектров в системах со сверхбыстрыми фотохимическими процессами (2016-2018; 2019-2020).
– РФФИ 20-53-00021 Бел_а. Механизмы нарушения симметрии в возбужденных квадрупольных молекулах.
– РФФИ-АВО 19-43-340003. Внутримолекулярный перенос электрона в возбужденных квадрупольных молекулах, нарушающий симметрию.
– РФФИ 19-03-00175. Проявление сверхбыстрых фотохимических процессов в нестационарных спектрах.
– РФФИ-Беларусь 16-53-00189. Динамика высших возбужденных электронных состояний гетероциклических соединений с переносом заряда, перспективных в качестве компонентов в быстродействующих молекулярных оптических переключателях.
– РФФИ № 15-43-02027. Динамика сверхбыстрых фотохимических реакций с участием высших возбужденных электронных состояний (РФФИ и АВО).
– РФФИ № 14-03-00261. Механизмы влияния возбужденных состояний внутримолекулярных колебательных мод на кинетику фотоиндуцированного переноса электрона.
– РФФИ № 13-03-97062. Спектральная динамика и микроскопические механизмы сверхбыстрых фотохимических реакций (РФФИ и АВО).
– РФФИ № 11-03-00736 а. Микроскопические механизмы быстрых реакций переноса заряда и их спектральные проявления.
– РФФИ № 10-03-97007-р_поволжье_а. Динамика сверхбыстрых фотохимических процессов в донорно-акцепторных комплексах.
– РФФИ № 09-02-99500-р_б. Развитие МТБ для проведения исследований в областях знаний 02, 03, 07.
– РФФИ № 08-03-00534-а. Эффекты внутримолекулярной реорганизации донорно-акцепторных комплексов в динамике сверхбыстрой рекомбинации заряда.
– РФФИ № 08-02-05045-б. Развитие МТБ для проведения исследований в областях знаний 02, 03, 07.
– РФФИ № 07-03-96600-р_поволжье_а. Механизмы управления скоростью сверхбыстрых фотоиндуцированных реакций переноса электрона.
– РФФИ № 07-03-05043-б. Развитие МТБ для проведения исследований в областях знаний 03, 02, 07.
– РФФИ № 05-03-32680-а. Неравновесные эффекты в динамике сверхбыстрого фотоиндуцированного переноса электрона.
–РФФИ № 04-03-96502-р2004поволжье_а. Спектральная зависимость динамики фотоиндуцированного переноса электрона.
– РФФИ № 02-03-81008-Бел2002_а. Фотодинамика электронно-возбужденных состояний DCM и его производных в растворах.
– РФФИ № 02-03-32275-а. Динамика реакций сверхбыстрого переноса электрона.
– РФФИ № 00-03-42039-г. Организация и проведение международной конференции «Диффузионно обусловленные реакции» (DAR-2000).
– РФФИ № 98-03-33136-а. Теоретическое исследование динамики сверхбыстрых реакций переноса электрона в конденсированных средах.
– РФФИ № 96-03-32033-а. Спиновые и магнитные взаимодействия в реакциях переноса электрона между парамагнитными частицами.
Госконтракты:
В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы выполнялись следующие государственные контракты:
– № 14.740.11.0374 от 20 сентября 2010 г. Шифр заявки «2010-1.1-133-133-007» по теме: Сверхбыстрые фотохимические процессы.
– № П1145 от 27 августа 2009 г. Сверхбыстрые фотохимические процессы разделения и рекомбинации заряда.
Основные публикации:
Опубликовано более 150 статей в российских и международных научных журналах.
Результаты обобщены и систематизированы в монографии «Научная школа профессора А. И. Иванова «Сверхбыстрые фотохимические процессы»» (Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2025. — 165 с.). К числу ключевых публикаций, отражающих основные направления работы школы, относятся:
–Nazarov A.E., Ignatjev V.K., Ivanov A.I., Terahertz second-harmonic generation by excited octupolar molecules. J. Chem. Phys. 2026, V. 164, P. 154303.
–Ivanov A.I., Electric dipole moment of excited octupolar molecules: Potential qubit implementation. J. Chem. Phys. 2025, V. 162, P. 024303.
–Nazarov A.E., Ivanov A.I., Nonstationary Theory of Excited State Charge Transfer Symmetry Breaking Driven by Polar Solvent. J. Phys. Chem. B. 2020, V. 124, P. 10787-10801.
–Mikhailova V.A., Ivanov A.I. Effect of reactant and product state decay on ultrafast charge-transfer kinetics. J. Phys. Chem. C. 2017, V. 121, P. 20629-20639.
–Feskov S.V., Ivanov A.I. Solvent-assisted multistage nonequilibrium electron transfer. J. Chem. Phys. 2018, V. 148, P. 104107.
–Nazarov A.E., Ivanov A.I. Principles of modeling the fluorescence spectral dynamics. Computer Physics Communication. 2022, V. 270, P. 108178.
Результаты интеллектуальной деятельности:
– Разработан программный пакет «FSDS» для исследования фотоиндуцированного переноса заряда и его проявлений в спектрах флуорофора с временным разрешением. Проект использует библиотеку MPI для распараллеливания вычислений на многоядерных кластерах.
– Разработан программный пакет «bsmKinetic» для моделирования кинетики сверхбыстрых процессов на основе рекроссинг-алгоритма метода броуновского моделирования, который позволяет учитывать реорганизацию высокочастотных колебательных мод в растворителях с несколькими временами релаксации и моделировать перенос заряда в системах со многими электронными состояниями в равновесном и неравновесном режимах.
– Разработан программный пакет«FLUT» для численного моделирования многостадийных фотоиндуцированных реакций переноса электрона в вязких растворах. Программный пакет базируется на унифицированной теории разделения и рекомбинации зарядов и использует концепции дистанционно-зависимой скорости переноса электрона, вероятности горячего электронного перехода в ходе сольватационной и внутримолекулярной релаксации, спиновой эволюции ион-радикальных пар и диффузионного выхода реагентовиз пространства сольватной клетки.
Общественное признание:
– Научная школа имеет высокий международный авторитет. Её результаты регулярно публикуются в журналах первого квартиля (Q1).
– Работы школы широко цитируются в мировой литературе, что подтверждает их востребованность и значимость для развития области сверхбыстрых фотохимических процессов.
– Ведущая роль коллектива подтверждается многолетней поддержкой исследований со стороны ведущих научных фондов.