Фонд развития Химической Физики

Подложка решает: новые материалы для терагерцевой спин-фотоники и магноники Можно ли управлять магнитной динамикой на терагерцевых частотах? Для этого нужны не только магнитные тонкие пленки, но и правильно подобранные подложки — материалы, на которых формируются гетероструктуры. 👩‍🔬 Ученые из МГУ и НИЦ «Курчатовский институт» исследовали 14 монокристаллических материалов разных структурных типов: корунда, граната, рутила, флюорита, перовскита, шпинели и каменной соли. Цель — понять, какие из них подходят для создания гетероструктур терагерцевой спин-фотоники и магноники. Магноника изучает распространение и детектирование спиновых волн в магнитных системах. Одно из активно развивающихся направлений — использование магнитооптических эффектов для возбуждения магнитной динамики вплоть до ТГц-диапазона. А это уже область между микроволновым и инфракрасным излучением, где проявляются коллективные колебательно-вращательные процессы, важные для физики, биомедицины, систем безопасности и новых информационных технологий. В работе применяли спектрофотометрию, спектроскопию комбинационного рассеяния и ТГц-спектроскопию. Исследователи определили, какие материалы прозрачны в оптическом диапазоне 400–1700 нм и в ТГц-диапазоне 0,3–2,5 ТГц. 🧪 Наиболее перспективными оказались: галлаты и алюминаты редкоземельных элементов со структурой граната, сапфир Al₂O₃, MgF₂, LAO, MgO и MgAl₂O₄. Эти монокристаллы являются изоляторами, диамагнетиками или парамагнетиками и при этом прозрачны в нужном терагерцевом диапазоне. А значит, их можно использовать как подложки для тонкопленочных гетероструктур, в которых будут исследовать и развивать новые подходы к управлению спиновыми волнами и сверхбыстрой магнитной динамикой. ➡️ Отдельный интерес представляет влияние состава на локальную структуру гранатов: увеличение содержания Al³⁺ в Gd₃Ga₅₋ₓAlₓO₁₂ и замещение Gd³⁺ на Nd³⁺ приводят к изменениям в КР-спектрах, включая синее смещение ряда активных мод до 14 см⁻¹. Такие работы формируют материаловедческую базу для будущих устройств терагерцевой спин-фотоники — области, где встречаются химия твердого тела, оптика, магнетизм и технологии сверхбыстрой обработки информации. 📖 Подробности работы в журнале «Химическая физика»

Как сделать ультразвуковую диагностику точнее? Ответ — в микропузырьках. 📖 Знакомим вас с работой Татьяны Естифеевой — аспиранта 4-го года лаборатории биофотоники Сколковского института науки и технологий, младшего научного сотрудника и обладательницы 2 места Конкурса научных работ Фонда «Развитие химической физики». Тема исследования Татьяны — химико-физические основы формирования, структуры и свойств белково-композитных микропузырьков для ультразвуковой диагностики. 🩺 Ультразвуковая визуализация — один из самых востребованных методов медицинской диагностики: она неинвазивна, не связана с ионизирующим излучением и относительно доступна. Но у метода есть ограничение — пространственное разрешение. Один из способов повысить информативность УЗИ — использовать контрастные агенты. ⛓ В своей работе Татьяна разрабатывает такие агенты на основе газонаполненных белково-композитных микропузырьков. Их оболочка формируется из комплексов альбумина с полимерами и полиаминами, а сами микропузырьки образуются под действием ультразвука. Ключевая идея исследования — научиться управлять составом оболочки микропузырьков, а значит, их размером, концентрацией, стабильностью и акустическим откликом. Это особенно важно для создания эффективных и воспроизводимых контрастных агентов для биомедицинской диагностики. 📈 В работе показано, что свойства микропузырьков можно регулировать через соотношение компонентов и характер взаимодействий в межфазной оболочке — прежде всего электростатических и гидрофобных. При этом оболочка формируется преимущественно из молекул альбумина с сохранённой α-спиральной структурой. 🔬 Для исследования использовался широкий набор методов: ИК- и КД-спектроскопия, флуоресцентная и конфокальная микроскопия, а также оптические и акустические методы анализа. ✔️ Результатом стала не только фундаментальная картина взаимосвязи «состав–структура–свойство» в системах альбумин–полимер, но и прототип контрастного агента для УЗИ. По результатам работы подана заявка на патент. 📖 Подробнее о работе 👏 Поздравляем Татьяну с заслуженным вторым местом и желаем дальнейших успехов в развитии технологий, которые соединяют химическую физику, биофотонику и медицину.

📆 18 июня — 103 года со дня рождения Виталия Иосифовича Гольданского. 🧪 Его имя связано с химией высоких энергий, радиационной химией, мёссбауэровской спектроскопией, квантовыми эффектами в химических реакциях и исследованиями процессов при низких температурах. 📃 В карточках вспоминаем, чем важны его работы — и почему его научная биография так хорошо показывает, как много открытий рождается на стыке физики и химии.

#азбука_химфизики Р — распределение Больцмана 🧬 Почему молекулы в газе или растворе ведут себя так, будто у каждой свой характер? Одна — «спокойная» и сидит в низкоэнергетическом состоянии, другая — уже готова перескочить через энергетический барьер, третья — вообще как будто выпила кофе и несётся быстрее остальных. Всё это хорошо описывает распределение Больцмана: 🔗 при тепловом равновесии частицы распределяются по энергетическим состояниям не поровну, а в зависимости от энергии этих состояний и температуры. Чем выше энергия состояния, тем меньше вероятность, что частица в нём окажется. Что это значит физически? Если состояние требует большой энергии, молекуле «дорого» там находиться. Поэтому таких молекул мало. Но температура меняет картину: чем она выше, тем больше частиц получает доступ к высокоэнергетическим состояниям. Именно поэтому при нагревании: ✅ растёт скорость химических реакций; ✅ больше молекул преодолевает энергетический барьер; ✅ меняется соотношение заселённости энергетических уровней; ✅ становятся заметнее процессы, которые при низкой температуре почти «заморожены». Для химической физики распределение Больцмана — это один из ключей к пониманию того, как микроскопический мир превращается в наблюдаемую химию. 📈 Например, реакция может быть термодинамически возможной, но идти очень медленно, если слишком мало молекул имеют энергию, достаточную для перехода через барьер. Распределение Больцмана как раз показывает, какая доля частиц находится в «энергетически удачном» состоянии. В химической физике мы часто не можем предсказать судьбу одной конкретной молекулы. Зато можем с удивительной точностью описать поведение огромного ансамбля частиц. 📌 Микромир хаотичен в деталях, но закономерен в статистике.

🧠 Магнитоэлектрические наночастицы для терапии мозга Учёные из ФИЦ ИЦиГ СО РАН, Томского политеха и коллеги создали наночастицы «ядро–оболочка», которые под действием переменного магнитного поля генерируют электрический сигнал и активируют нейроны. Подход может пригодиться для локальной стимуляции нервной ткани и доставки веществ из носа в мозг. 📖 Journal of Controlled Release 📊 Бор в опухоли научились измерять во время терапии Физики ИЯФ СО РАН реализовали гамма-спектрометрию на ускорительном источнике нейтронов VITA для бор-нейтронозахватной терапии. Метод позволяет неинвазивно и в реальном времени отслеживать концентрацию бора в опухоли — это важно для точного расчёта дозы. 📖 Applied Radiation and Isotopes 💧 Жидкие металлы оказались менее предсказуемыми для цифровых двойников Сотрудники ИМСС УрО РАН с коллегами обнаружили новый механизм потери устойчивости течений жидких металлов. Если в модели не учитывать изменение свойств металла по температуре, расчёты для МГД-систем могут ошибаться в десятки и сотни раз. 📖 Physics of Fluids 🔬 Сорбент из кремнезёма очистит стоки от меди Химики из Дагестанского ФИЦ РАН, ДГУ и коллеги разработали дешёвый серосодержащий сорбент на основе кремнезёма. Он удаляет до 99% меди за два часа и впитывает её в 14 раз больше, чем активированный уголь. 📖 Inorganic Chemistry Communications