Ученые ТПУ «приручили» неуловимые спектры космической молекулы

Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Германии впервые составили единую карту спектра силана, включая «горячие» переходы, которые ранее трудно было определить. Технология учитывает основные и важнейшие параметры молекулы и обладает высокой точностью. В будущем эти данные позволят точнее моделировать состав дальних участков Вселенной и усовершенствовать контроль качества производства полупроводников.

Исследования ведутся при поддержке федеральной программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети». Результаты работы ученых опубликованы в журнале Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.

Молекула силана обладает «сферической» формой и не имеет постоянного дипольного момента (полярности — прим. ред.). Из-за этой особенности симметрии и множества резонансных взаимодействий внутри самой молекулы точно предсказать интенсивность линий поглощения так называемых «горячих» переходов (они, как правило, проявляются при высоких температурах) силана довольно трудно. Однако данные об этих линиях важны для лучшего моделирования атмосферы гигантских планет, состава дальних участков Вселенной, а также улучшения процессов контроля качества и диагностики при производстве полупроводников и в нанотехнологиях.

Ученые ТПУ совместно с коллегами из Германии впервые детально исследовали «горячие» переходы в спектрах силана в так называемой диадно-пентадной области. С помощью фурье-спектрометра они проанализировали 429 отдельных спектральных линий молекулы, что позволило с высокой точностью определить интенсивности («яркости») «горячих» переходов и детально учесть влияние на них давления и скоростей частиц.

«В отличие от традиционных подходов к анализу подобных слабых и „неуловимых“ (с большим трудом поддающихся экспериментальной регистрации) линий спектров мы применили модель, учитывающую относительные скорости и их изменение при взаимодействии частиц. Это позволило точнее проанализировать даже слабые „горячие“ линии, которые до этого были трудно отнести к конкретным переходам. Причем комплексный подход к оценке переходов „горячих комбинаций“ с уже известными „холодными“ данными существенно улучшил точность и достоверность результатов и их пригодность для спектроскопических баз данных», — отмечает один из авторов исследования, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Олег Уленеков.

Экспериментальные исследования позволили ученым получить набор из пяти параметров, которые с высокой точностью (на уровне 4-5%) воспроизводят и предсказывают абсолютные интенсивности для всех «горячих» диадно-пентадных переходов силана, что на порядки лучше ранее известных результатов.

По словам ученых, результаты исследования позволили впервые сформировать единую карту линий таких «горячих» спектров силана. 

В исследованиях принимал участие международный коллектив ученых из Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политеха и Брауншвейгского технического университета (Германия).