Физики Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из Германии провели самое точное на сегодняшний день спектроскопическое исследование молекул силана (SiH₄) и его изотопов.
Благодаря высокоточному эксперименту и новому аналитическому подходу ученые уточнили колебательную структуру и параметры внутримолекулярной потенциальной функции соединения — ключевые характеристики, которые влияют на поведение молекул в различных физических и химических условиях.
Полученные данные в 10 раз превосходят по точности предыдущие измерения и открывают новые возможности как в фундаментальной науке, так и в прикладных сферах: от анализа атмосфер Юпитера, Сатурна и Титана до повышения качества полупроводников в электронике.
Исследование опубликовано в авторитетном журнале Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.
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 6 375 колебательных полос различной симметрии вплоть до 9 000 см−1 для трех изотопологов силана. Так что можно утверждать, что на сегодняшний день мы составили максимально точное и полное описание колебательной структуры силана.
- Олег Уленеков, руководитель исследования, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ
В рамках работы ученые исследовали три изотополога силана — ²⁸SiH₄, ²⁹SiH₄ и ³⁰SiH₄. Особое внимание уделялось разработке симметризированных колебательных функций — математических моделей, которые ранее было крайне трудно построить для молекул с высокой симметрией, как у силана. Также применялись усовершенствованные формы эффективного гамильтониана — ключевого инструмента для описания энергетических состояний молекул.
Разработка точных спектроскопических моделей важна для создания реалистичных атмосферных моделей экзопланет, исследования эволюции планетарных туманностей и оптимизации процессов в производстве микроэлектроники, где даже малейшие примеси или структурные отклонения могут повлиять на характеристики конечного продукта.
Источник: Минобрнауки РФ
Фото: ТПУ
