Динамика неупорядоченных молекулярных твердотельных сред: исследования методами фотонного эха и спектроскопии одиночных молекул тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, доктор физико-математических наук Вайнер, Юрий Григорьевич

• Вайнер, Юрий Григорьевич
• доктор физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Вайнер, Юрий Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ДИНАМИКА

НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И МЕТОДЫ ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ.

ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПИСАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОПТИЧЕСКОЙ ДЕФАЗИРОВКИ В НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ ПРИМЕСНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ.

2.1. Стандартная модель двухуровневых систем.

2.1.1. Основные положения модели.

2.1.2. Параметры двухуровневых систем.

2.1.3. Законы распределения ДУС по внутренним параметрам.

2.2. Стохастическая модель случайных прыжков.

2.2.1. Основные положения стохастической модели некоррелированных случайных прыжков.

2.2.2. Взаимодействие примесного центра с ДУС.

2.2.3. Пространственное и ориептационное распределения ДУС.

2.3. Модифицированная теория ФЭ в низкотемпературных примесных стеклах.

2.3.1. Основные положения модифицированной модели ФЭ в низкотемпературных стеклах.^.

2.3.2. Случай двухимпульсного фотонного эхо.

2.3.3. Сравнение со стандартной теорией фотонного эха.

2.3.4. Результаты модифицированной теории фотонного эха и их обсуждение: зависимость кривых спада от величины минимального расстояния между хромофором и двухуровневыми системами.

2.4. Модель мягких потенциалов и ее применение для описания оптической дефазировки в примесных аморфных системах.

2.4.1. Основные положения модели мягких потенциалов.

2.4.2. Основные соотношения, описывающие оптическую дефазировку в модели мягких потенциалов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика неупорядоченных молекулярных твердотельных сред: исследования методами фотонного эха и спектроскопии одиночных молекул»

Аннотация. Разработан новый подход в изучении неупорядоченных твердотельных молекулярных сред и проведены систематические экспериментальные и теоретические исследования динамики аморфных органических стекол и полимеров в широком интервале низких температур (0,35 - 100 К). Развитый подход основан на получении информации о динамике изучаемой среды по спектрам примесных хромофорных молекул, внедряемых в исследуемый образец в качестве спектрального микроскопического зонда, и базируется на следующих двух экспериментальных принципах: 1) использование метода фотонного эха для измерений времен оптической дефазировки примесных хромофорных молекул в неупорядоченной матрице для исключения временного усреднения в ходе эксперимента. 2) детектирование большого числа спектров примесных одиночных хромофорных молекул и последующий статистический анализ измеренных спектров. Разработанный подход позволяет получать данные, отражающие общие свойства изучаемой среды, а не случайные параметры локального окружения, и сохранять при этом информацию о микроскопических параметрах среды. Его использование позволяет получать неискаженную усреднениями, информацию о динамических явлениях в молекулярных средах и устранить, таким образом, главную трудность существующих методов измерений для диагностики неупорядоченных сред. Проведены систематические исследования процессов спектральной диффузии и оптической дефазировки в аморфных органических стеклах и полимерах с использованием развитого экспериментального подхода и совершенствованной теоретической модели спектральной динамики низкотемпературных стекол. Получена новая информация о спектральной динамике аморфных органических сред в широкой области низких температур, которая существенно расширяет уровень понимания этого явления.

Актуальность темы. В настоящее время в быту, технике и научных исследованиях все большее применение находят твердотельные материалы и структуры на основе неупорядоченных органических сред. Это разнообразные полимеры, включая такие перспективные материалы, как сопряженные полимеры, дендримеры, широкий круг органических стекол, аморфные полупроводники и структуры на их основе и др. К неупорядоченным органическим средам относится также большинство нанообъектов и наноструктур органической природы, интерес к которым в последнее время резко возрос, так как они являются одними из основных элементов бурно развивающихся в наше время нанотехно-логий. К упомянутым системам следует отнести и самые разнообразные биологические среды и структуры, изучение и использование которых является одним из важных направлений современной науки и техники. Неупорядоченные органические среды являются перспективными объектами для создания новых материалов и приборов с необычными свойствами. Так, например, в настоящее время ведутся интенсивные разработки в области молекулярной микроэлектроники на основе органических материалов. Широкое применение на практике и необходимость в создании новых материалов и структур на основе неупорядоченных органических веществ делает актуальным глубокое изучение их фундаментальных свойств. Большинство из этих свойств, такие как тепловые, механические, электрические, химические, оптические, спектральные и др., определяется внутренней динамикой вещества. Поэтому исследования динамических процессов в неупорядоченных молекулярных средах весьма актуальны и важны как для развития науки о молекулярных твердотельных средах, так и для развития новых технологий, основанных на разработке и использовании органических веществ со сложной структурой.

Основные цели диссертационной работы. До последнего времени основные исследования в области динамики твердотельных сред были направлены на изучение высоко упорядоченных кристаллических веществ. В результате этих исследований в настоящее время микроскопическая природа основных элементарных возбуждений в кристаллах в общих чертах известна. Совершенно иная ситуация имеет место с пониманием основ динамики неупорядоченных твердотельных (в частности, органических) сред. Несмотря на значительные усилия исследователей, большинство вопросов принципиального характера в этой области остаются открытыми. Так, например, одной из наиболее серьезных проблем при описании свойств неупорядоченных сред является отсутствие информации о микроскопической природе элементарных низкочастотных возбуждений в этих средах. До сих пор не развита теория динамических явлений в неупорядоченных молекулярных средах, позволяющая описывать всю совокупность имеющихся экспериментальных результатов. Существующие модели имеют ограниченную область применимости и в большинстве случаев носят чисто феноменологический характер. Одной из основных причин указанного обстоятельства является малая пригодность традиционных экспериментальных методов для получения информации о свойствах неупорядоченных твердотельных сред. Это объясняется значительной дисперсией локальных параметров таких сред, в результате чего традиционные методы дают лишь сильно усредненные данные об изучаемом веществе, что приводит к существенным искажениям и потерям информации. Кроме того, большинство существующих теоретических подходов в описании динамики твердотельных сред, было разработано, в основном, для изучения кристаллов, и для описания неупорядоченных сред, в которых отсутствует симметрия и порядок в расположении молекул, эти подходы малоприменимы. Поэтому для достижения существенного прогресса в нашем понимании основных динамических явлений в неупорядоченных органических средах необходимо было разработать принципиально новые методы экспериментального изучения динамических явлений в указанных средах, которые должны существенно увеличить объем получаемой информации и устранить ее искажения. Необходимо было развить новые подходы также в теоретическом описании динамики неупорядоченных твердотельных сред.

Природа динамических процессов в неупорядоченных средах существенно зависит от температуры. Согласно имеющимся экспериментальным данным и предложенным моделям при Г <2-3 К динамика неупорядоченных твердотельных сред в основном определяется туннелирующими двухуровневыми системами. При более высоких температурах начинает преобладать вклад низкочастотных квазилокальных колебательных мод. Согласно современным представлениям эти моды проявляются в довольно широком диапазоне температур (от 2-3 К и до десятков градусов Кельвина), которые принято называть промежуточными. При более высоких температурах становится существенным взаимодействие между низкочастотными энергетическими возбуждениями среды. Описывать динамику неупорядоченных твердотельных систем на языке элементарных энергетических возбуждений в таких случаях уже не удается.

К началу настоящей работы было выполнено большое количество исследований по низкотемпературной динамике неупорядоченных сред как неорганической, так и органической природы. Основная часть исследований была посвящена исследованиям параметров и природы туннелирующих двухуровневых систем при Г <2-3 К. Вопрос о роли низкочастотных квазилокальных колебательных мод при более высоких температурах был практически не исследован. Выполненные исследования показали, что параметры, описывающие динамические процессы в органических средах, могут заметно отличаться от соответствующих параметров для неорганических сред. Учитывая необходимость расширения наших знаний о динамике сложных неупорядоченных твердотельных систем и важность изучения свойств органических веществ было решено посвятить данную работу исследованиям динамики органических неупорядоченных веществ (стекол, полимеров). Основные усилия были направлены на исследования природы и параметров малоизученных низкочастотных квазилокальных колебательных мод в указанных веществах. Для получения информации о внутренней динамике изучаемой среды была использован метод спектроскопии примесных центров. В данном случае это были хромофорные молекулы, поглощающие свет в выбранном диапазоне спектра, и внедряемые в изучаемую среду, прозрачную в этом диапазоне, в качестве спектральных зондов. Эффективность этого метода, как хорошо известно, объясняется тем, что оптические спектры примесных молекул чрезвычайно чувствительны к параметрам их окружения и содержат информацию о локальной динамике среды.

Для исследования сверхбыстрой динамики, присущей квазилокальным колебательным модам и быстрым переходам в двухуровневых системах, было необходимо в первую очередь устранить временное усреднение при измерениях оптических спектров примесных молекул и существенно расширить температурный диапазон измерений. Кроме того, было необходимо устранить усреднение по ансамблю примесных молекул. Поэтому в качестве рабочих методов были выбраны метод фотонного эха и метод спектроскопии одиночных молекул. Однако эти методы мало применялись для целей исследования динамики неупорядоченных органических сред и нуждались в существенной доработке.

Вышесказанное объясняет выбор основных целей диссертации, которые можно сформулировать следующим образом:

1. Разработка и совершенствование методов экспериментального изучения динамических процессов в неупорядоченных твердотельных средах, позволяющих: а) исключить ансамблевое и временное усреднение получаемых данных, присущее традиционным методам, б) значительно расширить температурный диапазон исследований.

2. Проведение систематических экспериментальных исследований динамических явлений в специально подобранных примесных неупорядоченных органических твердотельных системах в широком диапазоне низких температур (Т< 100 К) для получения новых данных о динамических процессах в неупорядоченных средах, в частности, для получения информации об изучаемых явлениях на микроскопическом уровне.

Для этого необходимо было развить следующие экспериментальные методы и теоретические модели: о Развить метод фотонного эха для измерений времен оптической дефази-ровки в примесных органических неупорядоченных системах, с целью устранения усреднения по времени в ходе измерений и существенного повышения временного разрешения метода, для того, чтобы значительно расширить температурный диапазон измерений. о Развить метод спектроскопии одиночных молекул для изучения динамики неупорядоченных твердотельных органических сред с тем, чтобы стало возможно получать информацию общего характера о свойствах изучаемых систем, сохраняя при этом микроскопическую информацию об изучаемых процессах, содержащуюся в индивидуальных спектрах примесных хромофорных молекул. о Совершенствовать существующую модель оптической дефазировки в примесных стеклах для расширения области ее применимости.

Научная новизна. Все полученные в работе результаты являются новыми, а развитые методики и подходы оригинальными.

Основные результаты работы изложены в заключении.

Вклад автора. Основные исследования выполнены в Институте спектроскопии РАН при использовании методик, разработанных автором, на экспериментальной установке, созданной под его руководством, и при его непосредственном участии.

Часть экспериментов, которая включает эксперименты по двухимпульсно-му фотонному эху при температурах ниже 4 К и эксперименты по спектроскопии одиночных молекул, выполнялась в Байройтском университете (Германия) по инициативе автора и с участием немецких коллег. При этом постановка задач осуществлялась лично автором, а анализ полученных результатов выполнялся им или под его руководством.

Постановка всех задач, за исключением сравнительного изучения двух примесных систем: террилен в полиэтилене и тетра-терт бутилтеррилен в поли-изобутилене, методами фотонного эха и спектроскопии одиночных молекул, предложенного Персоновым Р.И., осуществлялась автором.

Проведение всех экспериментов, интерпретация, обработка и теоретический анализ результатов осуществлялись либо автором самостоятельно, либо под его руководством и при активном участии.

На различных стадиях работы в исследованиях принимали участие сотрудники лаборатории электронных спектров молекул Института спектроскопии РАН профессор Р.И. Персонов, м.н.с. Н.В. Груздев, к.ф.-м.н. МА. Кольченко, к.ф.м.-н. А.В. Наумов, студент кафедры квантовой оптики МФТИ А.В. Деев, профессора Д. Хаарер (D. Наагег) и JL Кадор (L. Kador) и аспиранты С. Цилкер (S.J. Zilker) и М. Бауер (М. Bauer) из Байройтского университета (Германия), а также доктор Эли Баркай (Е. Barkai) из Массачусетского технологического института (США). Автор выражает всем им искреннюю благодарность.

Практическая значимость работы.

• Разработана методика и построена экспериментальная установка для диагностики сверхбыстрых процессов уширения спектральной линии в примесных твердотельных системах в широком диапазоне температур методом некогерентного фотонного эха. Методика основана на использовании в качестве шумового источника света широкополосного лазера и не требует применения сложных и дорогостоящих фемтосекундных лазеров. Разработанная методика позволяет измерять времена оптической дефазировки с близким к предельному временным разрешением (вплоть до 25-30 фс) в широком круге примесных органических веществ и получать информацию о процессах спектральной диффузии в наносекундном диапазоне времен.

• Предложена методика идентификации сложной мультиплетной структуры спектров одиночных молекул в аморфных средах и определения их принадлежности различным молекулам, путем детектирования и анализа временной истории таких спектров. Разработанная методика существенно расширяет возможности спектроскопии одиночных молекул при исследованиях спектральной динамики примесных аморфных систем при низких температурах.

• Предложена методика количественного описания сложной формы спектров одиночных молекул в примесных молекулярных системах и их статистического анализа на основе концепции моментов и кумулянтов. Методика позволяет получать информацию об общих динамических свойствах изучаемой системы, которая содержится в индивидуальной структуре таких спектров, и в то же время сохранить при их анализе информацию о параметрах ближайшего окружения примесных молекул.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

Новое научное направление - спектроскопия динамических процессов в неупорядоченных молекулярных твердотельных системах с устранением временного усреднения и усреднения по ансамблю примесных молекул. Методика исследований процессов оптической дефазировки и спектральной диффузии в примесных органических стеклах и полимерах в широком диапазоне низких температур.

Новый подход к исследованию динамики неупорядоченных твердотельных молекулярных систем, основанный на регистрации спектров большого количества одиночных хромофорных молекул и их последующем анализе. Разделение вкладов двух различных механизмов в формирование спектров хромофорных молекул в аморфных средах при низких температурах: вклада туннелирующих двухуровневых систем и вклада низкочастотных квазилокальных колебательных мод неупорядоченной матрицы. Новая микроскопическая информация о спектральной динамике изученных примесных аморфных систем, неискаженная ансамблевым усреднением и отражающая общие свойства изучаемых систем. Получение новой информации о распределениях частотных сдвигов, обобщенной ширины, асимметрии и "пичковатости" спектров одиночных примесных молекул в примесной полимерной аморфной матрице при низких температурах путем анализа спектров с использованием моментов распределений.

Обнаружение наносекундной спектральной диффузии в аморфной стеклянной матрице и определение ее температурной зависимости. Экспериментальное подтверждение применимости модели мягких потенциалов для описания процессов уширения однородной бесфононной линии в широком диапазоне низких температур.

• Обнаружение и исследование эффектов дейтерирования в С2Я5-группе замороженного этанола.

• Экспериментальная оценка величины минимального расстояния между двухуровневыми системами и хромофорными молекулами в примесных аморфных полимерах из данных по фотонному эху и спектроскопии одиночных молекул при низких температурах.

• Оценка величины эффективного вклада низкочастотных квазилокальных колебательных мод в общую ширину линии в спектрах одиночных хромофорных молекул в аморфном полимере при нескольких значениях низких температур.

• Обнаружение дисперсии времен оптической дефазировки в ряде примесных неупорядоченных систем при низких температурах.

• Экспериментальное подтверждение применимости статистики Леви для описания распределений первого и второго кумулянтов низкотемпературных спектров примесных одиночных молекул в полимерной аморфной матрице.

Апробация работы. Основные результаты работы систематически докладывались на Всероссийских и Международных конференциях:

2-ой Международной конференции: "Laser М2Р" (Гренобль, Франция, 1991 г.); XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград, Россия, 1991 г.); 2-ом Международном симпозиуме "Persistent Spectral Hole Burning: Science and Applications" (Монтерей, Калифорния, США, 1991 г.); 3-ем Международном симпозиуме "Spectral Hole-Burning and Luminescence Line Narrowing: Science and Applications" (Аскона, Швейцария, 1992 г.); 4-ом Международном симпозиуме: "Spectral Hole-Burning and Related Spectroscopies: Science and Applications" (Токио, Япония, 1994 г.); Австрийско-Израильско-Германском симпозиуме: "Dynamical Processes in Condensed Molecular Systems" (Баден, Австрия, 1995 г.); 54-ом Международном симпозиуме:

Fast Elementary Processes in Chemical and Biological Systems" (Лилль, Франция, 1995 г.); 5-ом Международном симпозиуме: "Hole Burning and Related Spectroscopies: Science and Applications" (Брайнерд, Миннесота, США, 1996 г.); 8-ой Международной конференции: "Unconventional Photoactive Systems" (Нара, Япония, 1997 г.); 11-ой Международной конференции: "Dynamical Processes in Excited States of Solids" (Австрия, Миттельберг, 1997 г.); 6-ом Международном симпозиуме: "Hole Burning and Related Spectroscopies: Science and Applications" (Хортин, Бордо, Франция, 1999 г.); 7-ом Международном симпозиуме: "Hole Burning and Related Spectroscopies: Science and Applications" (Тайбей, Тайвань,

2001 г.); XXII-ом Всероссийском съезде по спектроскопии (Звенигород, Московская область, Россия, 2001 г.); IX-ой Международной конференции по квантовой оптике (Минск, Беларусь, 2002 г.); Международной конференции: "Luminescence and Optical Spectroscopy of Condenced Matter" (Будапешт, Венгрия,

2002 г.); 8-ом Международном симпозиуме: "Hole Burning and Related Spectroscopies: Science and Applications" (Боземан, Монтана, США, 2003 г.); 14-ой Международной конференции: "Dynamical Processes in Excited States of Solids" (Крайстчерч, Новая Зеландия, 2003 г.); Х-ой Международной конференции по квантовой оптике (Минск, Беларусь 2004 г.); VIII-ом Германско-Российском семинаре: "Point Defects in Insulators and Deep-Level Centers in Semiconductors" (Санкт-Петербург, Россия, 2003 г.); XI-ой Международной конференции: "Phonon Scattering in Condensed Matter" (Санкт-Петербург, Россия, 2004 г.); Международной конференции посвященной памяти Р.И. Персоно-ва (Байройт, Германия, 2004 г.).

За развитие метода спектроскопии одиночных молекул для исследований низкотемпературной динамики неупорядоченных твердотельных сред автор награжден премией Президиума Российской Академии наук имени академика Д.С. Рождественского за выдающиеся достижения в области оптики и спектроскопии за 2003 г.

Публикации. Материалы диссертации отражены в 36 статьях в ведущих рецензируемых отечественных и международных журналах.

Список публикаций автора по теме диссертации:

1. N. V. Gruzdev, E.G. Sil'kis, V.D. Titov, Yu.G. Vainer,

Photon-echo study of ultrafast dephasing in amorphous solids in wide temperature region with incoherent light" // J. de Phys. IV, Colloque.C7, supplement to J. de Phys. Ill, Vol.1, pp. C7-439 - C7-442, 1991.

2. N.V. Gruzdev, E.G. Sil'kis, V.D. Titov and Yu.G. Vainer.

Ultrafast dephasing of resorufin in D-ethanol glass from 1.7 to 40K studied by incoherent photon echo" // JOSA B, Vol.9, pp.941-945, (1992).

3. N.V. Gruzdev and Yu.G. Vainer,

Nanosecond spectral diffusion and optical dephasing in organic glasses over a wide temperature range: incoherent photon echo study of resorufin in D- and D6-ethanol" // J. Lumin., Vol.56, pp. 181-196, (1993).

4. Ю.Г. Вайнер, H.B. Груздев,

Динамика органических аморфных сред при низких температурах: Исследования резоруфина в d- и d(,~ этаноле при 1.7-35 К методом некогерентного фотонного эха. I. Эксперимент. Основные результаты" // Оптика и спектроскопия, том 76, № 2, сс. 252 - 258 (1994).

5. Ю.Г. Вайнер, Н.В. Груздев,

Динамика органических аморфных сред при низких температурах: Исследования резоруфина в d- и d6- этаноле при 1.7-35 К методом некогерентного фотонного эха. И. Анализ результатов" // Оптика и спектроскопия, том 76, № 2, сс. 259 - 269 (1994).

6. Ю.Г. Вайнер, Р.И. Персонов,

Фотонное эхо в аморфных средах в условиях значительной дисперсии однородных ширин линий примесных центров" // Оптика и спектроскопия, том 79, № 5, сс. 824 - 832 (1995).

7. Yu.G. Vainer. T.V. Plakhotnik, and R.I.Personov,

Dephasing and diffusional linewidths in spectra of doped amorphous solids: comparison of photon echo and single molecule spectroscopy data for terrylene in polyethylene" // Chem. Phys.,vol.209, pp. 101- 110, (1996).

8. Yu.G. Vainer, R.I. Personov, S.Zilker and D.Haarer,

Contributions of the different line broadening mechanisms in photon echoes and single molecule spectra in amorphous solids" // Mol. Cryst. Liq. Cryst., vol.291, pp.51-56, (1996).

9. S.J. Zilker, Yu.G. Vainer, D. Haarer,

Line broadening mechanisms in spectra of organic amorphous solids: photon echo study of terrylene in polyisobutylene at subkelvin temperatures" // Chem.

Phys. Lett., v.273, pp.232-238 (1997).

10. S.J. Zilker, D. Haarer, Yu.G. Vainer. R.I. Personov, "Temperature-dependent line broadening of chromophores in amorphous solids: differences between single-molecule spectroscopy and photon echo results" // J. Lumin., v.76/77, pp. 157-160, (1998).

11. S.J. Zilker, D. Haarer, Yu.G. Vainer. A.V. Deev, V.A. Kol'chenko, and R.I. Personov,

Fast dephasing in glasses induced by tunneling states and local modes" // Mol. Cryst. Liq. Cryst., v.314, pp.143-148, (1998).

12. S.J. Zilker, J. Friebel, D. Haarer, Yu.G. Vainer. R.I. Personov, "Investigation of low temperature linebroadening mechanisms in organic amorphous solids by photon echo, hole-burning and single molecule spectroscopy" // Chem. Phys. Lett., v.289, pp.553-558, (1998).

13. S.J. Zilker, L. Kador, J. Friebel, Yu.G. Vainer, M.A. Kol'chenko, R.I. Personov, "Comparison of photon echo, hole burning, and single molecule spectroscopy data on low-temperature dynamics of organic amorphous solids" // J. Chem. Phys., v.109, No. 16, pp.6780-6790, (1998).

14. Yu.G. Vainer. M.A. Kol'chenko, A.V. Naumov, R.I. Personov, S.J. Zilker, "Photon echoes in doped organic amorthous systems over a wide (0.35-100K) temperature range" // J. Lumin., v.86, No.3&4, pp.265-272 (2000).

15. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer. S.J. Zilker,

Nonexponential two-pulse photon echo decay in amorphous solids at low temperatures" // J. Lumin., v.86, No.3&4, pp.273-278 (2000).

16. Ю.Г. Вайнер, M.A. Кольченко, Р.И. Персонов,

Модель мягких потенциалов и однородная ширина спектральных линий примесных центров в молекулярных аморфных средах" // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики, т.119, вып.4, сс.738-748, (2001).

17. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer. М. Bauer, S. Zilker, L. Kador, "Distributions of moments of single-molecule spectral lines and the dynamics of amorphous solids" // Phys. Rev. B, v.63, pp.212302(l-4) (2001).

18. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer. M. Bauer, L. Kador,

Moments of single-molecule spectra in low-temperature glasses: Measurements and model calculations" // J. Chem. Phys., v.l 16, No 18, pp.8132-8138 (2002).

19. Yu.G. Vainer, M.A. Kol'chenko, A.V. Naumov, R.I. Personov, S.J. Zilker, D. Haarer,

Optical dephasing in doped organic glasses over a wide (0.35-100K) temperature range: Solid toluene doped with Zn-octaethylporphine" // J. Chem. Phys., v.l 16, No20, pp.8959-8965 (2002).

20. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer,

Minimal distance between chromophore and two-level systems in amorphous solids: effect on photon echo and single molecule spectroscopy data" // J. Lu-min., v.98, No.l&4, pp.63-74 (2002).

21. M.A. Kol'chenko, Yu.G. Vainer, R.I. Personov,

Optical dephasing in polymers and the soft potential model: Analysis of photon echo in doped PMMA" // J. Lumin., v.98, No.l&4, pp.375-382 (2002).

22. Ю.Г. Вайнер, M.A. Кольченко, А.В. Наумов, Р.И. Персонов, С.Дж. Цилкер, "Оптическая дефазировка в твердом толуоле, активированном цинк-октаэтилпорфином" // Физика твердого тела, том 45, вып. 2, сс. 215-221, (2003).

23. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer,

Modified model of photon echoes in low-temperature glasses: Effect of minimal distance between two-level systems and chromophore"// J. Phys. Chem. B, v.107, pp. 2054-2060, (2003).

24. Ю.Г. Вайнер, А.В. Наумов, M. Bauer, L. Kador,

Динамика аморфных полимеров при низких температурах и временная эволюция спектров одиночных примесных молекул. I. Эксперимент" // Оптика и спектроскопия, том 94, № 6, сс. 926-935.

25. Ю.Г. Вайнер, А.В. Наумов, М. Bauer, L. Kador,

Динамика аморфных полимеров при низких температурах и временная эволюция спектров одиночных примесных молекул. II. Модельные расчеты и анализ результатов" // Оптика и спектроскопия, том 94, № 6, сс. 936-948.

26. М. Bauer, L. Kador, A.V. Naumov, Yu.G. Vainer,

Thermal activation of two-level systems in a polymer glass as studied with single-molecule spectroscopy" // J. Chem. Phys., v. 119, No 7, pp. 3836-3839 (2003).

27. E. Barkai, A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, M. Bauer, L. Kador,

Levy statistics for random single-molecule line shapes in a glass" // Phys. Rev. Lett., v. 91, No 7, pp. 075502 (1-4) (2003).

28. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, M. Bauer, L. Kador,

Dynamics of a doped polymer at temperatures where the two-level system model of glasses fails: Study by single-molecule spectroscopy" // J. Chem. Phys. Vol. 119, No 12, pp. 6296-6301 (2003).

29. E.J. Barkai, Yu.G. Vainer, L. Kador, R.J. Silbey, L'evy distribution of single molecule line shape cumulants in glasses // Abstracts of papers of the american chemical society, Vol. 226, P. U286 (2003).

30. E. Barkai, A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, M. Bauer, L. Kador, "Experimental evidence for Levy statistics in single-molecule spectroscopy in a low temperature glass: manifestation of long-range interactions" // J. Lumin., vol. 107, No 1-4, pp. 21-31 (2004).

31. Yu.G. Vainer, A.V. Naumov, M. Bauer, L. Kador,

Dynamics of amorphous polymers in the temperature region 2 - 7 К where the standard model of low-temperature glasses begin to fail: studies by single molecule spectroscopy and comparison with photon echo data" // J. Lumin., vol. 107, No 1-4, pp. 287-297 (2004).

32. Ю.Г. Вайнер,

Спектроскопия одиночных молекул и динамика неупорядоченных твердых тел" // Успехи физических наук, Том 174, № 6, сс. 679-683 (2004).

33. Yu.G. Vainer, A.V. Naumov, M. Bauer, L. Kador,

Quasi-localized low-frequency vibrational modes of disordered solids. I. Study by photon echo" // Phys. Stat. Sol. B, v.241, No 15, pp.3480-3486 (2004).

34. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, M. Bauer, L. Kador, "Quasi-localized low-frequency vibrational modes of disordered solids. II. Study by single-molecule spectroscopy" // Phys. Stat. Sol. B, v.241, No 15, pp.3487-3492 (2004).

35. Ю.Г. Вайнер, A.B. Наумов, M. Bauer, L.Kador, E.Barkai, "Статистический анализ спектров примесных одиночных молекул и динамика неупорядоченных твердых тел. I. Распределения ширин, моментов и кумулянтов"// Оптика и спектроскопия, том 98, № 5, сс. 806-813 (2005).

36. Ю.Г. Вайнер, А.В. Наумов,

Статистический анализ спектров примесных одиночных молекул и динамика неупорядоченных твердых тел. И. Проявление взаимодействия двухуровневых систем с примесными молекулами в зависимости от расстояния между ними" // Оптика и спектроскопия, том 98, № 5, сс. 814-819 (2005).

Заключение диссертации по теме «Оптика», Вайнер, Юрий Григорьевич

6.11. Выводы по главе VI

Проведены исследования низкотемпературной динамики неупорядоченных твердотельных молекулярных систем по спектрам одиночных хромофорных молекул, внедряемых в изучаемую среду в качестве спектральных микрозондов. Исследования выполнены с использованием нового подхода, основанного на регистрации спектров большого количества одиночных молекул и их последующем анализе.

Предложена и реализована методика идентификации регистрируемых спектров одиночных примесных молекул в аморфных матрицах при низких температурах, основанная на быстром детектировании большого количества спектров одиночных молекул и последующем анализе их временной эволюции.

Показано, что использование понятия моментов и кумулянтов распределений для количественного описания спектров одиночных примесных хромофорных молекул при низких температурах позволяет более адекватно характеризовать сложную форму и структуру таких спектров, чем применение для этих целей традиционного понятия ширины линии.

Показано экспериментально, что распределение первого и второго кумулянтов низкотемпературных спектров примесных одиночных молекул подчиняется статистике Леви (обобщенной статистике Гаусса).

Обнаружена дисперсия времен оптической дефазировки в ряде примесных неупорядоченных систем при низких температурах: полиэтилен, допированный терриленом, и полиизобутилен, допированный тетра-терт-бутилтерриленом.

Получена новая информация о распределениях частотных сдвигов, обобщенной ширины, асимметрии и "пичковатости" спектров одиночных примесных молекул в примесной полимерной аморфной матрице: тетра-терт-бутилтеррилен в полиизобутилене.

Измерен эффективный вклад низкочастотных квазилокальных колебательных мод в общее уширение в спектрах одиночных примесных хромофорных молекул в аморфном полимере при температурах 4,5 и 7 К.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработана экспериментальная методика некогерентного фотонного эха для исследований процессов оптической дефазировки в примесных органических аморфных системах, реализующая ультравысокое, близкое к предельному временное разрешение (вплоть до 25-30 фс). Развитая методика не требует применения дорогостоящих фемтосекундных лазеров и позволяет проводить измерения времен оптической дефазировки в широком интервале низких температур (от 1,6 К до 100 К и более).

Развита экспериментальная методика двухимпульсного пикосекундного фотонного эха для исследований процессов оптической дефазировки в примесных органических аморфных системах, позволяющая проводить измерения в субкельвиновом диапазоне температур (0,35 <Т< 4 К).

С использованием двух разновидностей метода фотонного эха (некогерентного фотонного эха и двухимпульсного пикосекундного фотонного эха) проведены систематические исследования процессов оптической дефазировки в ряде специально подобранных примесных органических аморфных систем в широком диапазоне низких температур (0,35-100 К). Исследования были направлены на получение новой информации о микроскопической природе и параметрах специфических для неупорядоченных твердотельных систем низкочастотных элементарных возбуждений: туннелирующих двухуровневых систем и низкочастотных квазилокальных колебательных мод. Получен ряд принципиально новых экспериментальных результатов об исследуемых явлениях.

Разработан новый подход к исследованию динамики неупорядоченных твердотельных молекулярных систем по спектрам одиночных хромофорных молекул, внедряемых в изучаемую среду в качестве спектральных микрозондов. Разработанный подход основан на регистрации спектров большого количества одиночных молекул и их последующем анализе с использованием статистических методов. Он позволяет получать микроскопическую информацию о динамических процессах в примесных системах, неискаженную ансамблевым усреднением и отражающую общие свойства изучаемой системы. Развитый подход открывает принципиально новые возможности для экспериментального изучения динамики неупорядоченных сред органической природы, что позволяет существенно увеличить объем получаемой информации о свойствах таких сред.

Предложена и реализована методика идентификации регистрируемых спектров одиночных примесных молекул в аморфных матрицах при низких температурах. Методика основана на быстром детектировании большого количества спектров одиночных молекул, анализе их временной эволюции и последующем суммировании для достижения приемлемых значений отношения сигнала к шуму. Указанная процедура позволяет однозначно определять принадлежность детектируемых спектров индивидуальным молекулам.

Показано, что использование моментов и кумулянтов распределений для количественного описания спектров одиночных примесных хромофорных молекул при низких температурах позволяет более адекватно характеризовать сложную форму и структуру таких спектров, чем применение для этих целей традиционного понятия ширины линии. Использование новой концепции позволило получить принципиально новую информацию о спектральной динамике изучаемых систем.

С использованием развитого подхода и предложенных методик проведены комплексные исследования процессов оптической дефазировки и спектральной диффузии в примесных аморфных полимерах методом спектроскопии одиночных молекул. Получены новые данные о спектральной динамике изучаемых систем. Новый подход позволяет получать информацию общего характера о динамических свойствах изучаемых систем, сохраняя при этом данные о микроскопических параметрах изучаемых процессов, содержащуюся в индивидуальных детектируемых спектрах.

Разработан новый подход к описанию процессов оптической дефазировки в примесных неупорядоченных твердотельных системах, основанный на модифицированной стохастической модели низкотемпературных стекол и модели мягких потенциалов. Развитый подход позволяет описывать наблюдаемые процессы спектральной динамики в неупорядоченных примесных системах в широкой области низких температур и учитывать микроскопические особенности изучаемых систем. Проведен анализ полученных экспериментальных данных о динамике примесных неупорядоченных систем с использованием развитого подхода. Получена новая информация по ряду принципиальных вопросов в этой области. Это позволило существенно повысить уровень понимания динамических явлений в неупорядоченных твердотельных молекулярных системах.

В ходе проведенных в данной работе исследований получены следующие результаты:

В замороженном растворе d-этанола, допированного резоруфином, обнаружена спектральная диффузия в наносекундной шкале времен, проявляющаяся при температурах ниже 8 К. Определена температурная зависимость вклада наносекундной спектральной диффузии в общую дефазировку. Показано, что форма наблюдаемой температурной зависимости вклада быстрой спектральной диффузии согласуется с предсказаниями теории.

Исследован эффект дейтерирования при замещении атомов водорода в С2Я5-группе замороженного этанола. Показано, что атомы этой группы участвуют как в процессах туннелирования в двухуровневых системах, так и в квазилокальных низкочастотных колебательных модах матрицы.

Впервые измерены температурные зависимости времен оптической дефазировки в ряде специально подобранных примесных органических систем в широком (0,35-И00 К) температурном диапазоне. Надежно разделены два вклада в уширение оптических спектров примесных молекул: вклад тунне-лирующих двухуровневых систем, характеризующийся квазилинейной температурной зависимостью (при температурах ниже 2-5 К), и вклад квазилокальных низкочастотных колебательных мод, проявляющий квазиэкспоненциальную температурную зависимость (при Г>2-ЗК). Определены параметры указанных зависимостей.

Обнаружено, что показатель степенной зависимости для всех изученных систем не соответствует предсказаниям стандартной модели низкотемпературных стекол. Полученное расхождение объяснено существованием минимального расстояния между двухуровневыми системами и хромофорными молекулами (случай молекул замещенного террилена и цинк-октаэтилпорфина в полимерах), а также изменениями параметров матрицы (образование "оболочки" или shell-effect) вблизи молекулы с большим электрическим дипольным моментом (случай молекул резоруфина в этаноле). Показано, что высокотемпературная часть (Т> 3-5 К) температурной зависимости ширины бесфононной линии примесных центров может быть описана взаимодействием примеси с широким спектром низкочастотных мод матрицы, полученным в независимых экспериментах.

Сравнительный анализ температурных зависимостей времен оптической дефазировки, измеренных для разных хромофорных молекул с малой величиной электрического дипольного момента (замещенный террилен и цинк-октаэтилпорфин), добавленных в одну и ту же полимерную аморфную матрицу (полиметилметакрилат), показал, что при температурах выше 3-5 К уширение однородной линии в оптических спектрах практически не зависит от примеси. В то же время в случае, когда одна из молекул не имеет электрического дипольного момента (цинк-октаэтилпорфин), а другая имеет большой дипольный момент (резоруфин), параметры такого уширения для разных молекул (эффективные частота и константа связи хромофора с колебательной модой) различаются. Это говорит о том, что внедрение молекулы с большой величиной электрического дипольного момента может приводить к заметным изменениям динамических параметров локального окружения. Изучена применимость модели мягких потенциалов к описанию процессов оптической дефазировки в аморфных средах, обусловленных низкочастотными квазилокальными колебательными модами. Показано, что указанная модель правильно описывает температурное поведение однородной ширины бесфононной линии в относительно широком температурном диапазоне и может быть использована в спектральных исследованиях.

Обнаружена дисперсия времен оптической дефазировки в ряде примесных неупорядоченных систем при низких температурах: полиэтилен, допированный терриленом, и полиизобутилен, допированный тетра-терт-бутилтерриленом.

Получена новая информация о распределениях частотных сдвигов, обобщенной ширины, асимметрии и "пичковатости" спектров одиночных примесных молекул в примесной полимерной аморфной матрице: тетра-терт бу-тилтеррилен в полиизобутилене. Показано, что распределение частотных сдвигов симметрично и сравнимо по величине с ширинами спектров одиночных молекул, зарегистрированных за тоже время. Получено, что распределение обобщенных ширин отличается от распределения ширин линий, наличием "хвоста" в распределении. Наблюдаемая разница приписана вкладу расщеплений спектральных линий. Обнаружено, что распределение третьего момента спектров одиночных молекул имеет провал в центре распределения, что указывает на отсутствие симметричных спектров в изучаемой системе. Показано, что эффект расщепления спектральных линий более выражен в распределении четвертых моментов.

На примере изученной примесной аморфной системы (тетра-терт бутилтер-рилен в полиизобутилене) показано, что сложные и случайные по форме спектры одиночных молекул в низкотемпературных стеклах подчиняются статистике Леви (обобщенной статистике Гаусса). Продемонстрировано, что распределение первого кумулянта таких спектров имеет лоренцевскую форму, а второго описывается функцией Смирнова, как и предсказывает статистика Леви. Представляется, что полученный результат носит весьма общий для неупорядоченных твердотельных систем характер.

Измерен эффективный вклад низкочастотных квазилокальных колебательных мод в общее уширение в спектрах одиночных примесных хромофорных молекул в аморфном полимере при температурах 4,5 и 7 К.

СПИСОК РИСУНКОВ И ТАБЛИЦ

Глава II.

Рис. 2.1. Двумерная модель стекла и образование ДУС.37

Рис. 2.2. Двухъямный потенциал, описывающий ДУС.38

Рис. 2.3. Взаимодействие ДУС с примесным центром (схема).53

Рис. 2.5. (а), (б) Кривые спада 2ФЭ за вычетом вклада времени 77, Ф2фэ(г) рассчитанные для абстрактной примесной полимерной системы с типичными параметрами.54

Рис. 2.6. Температурные зависимости обратного времени оптической дефазировки, рассчитанные для различных значений минимального радиуса взаимодействия ДУС-хромофор.56

Рис. 2.7. Уровни энергии в мягком потенциале.59

Глава III.

Рис. 3.1. (а) Спектр неоднородного уширения примесных молекул.72

Рис. 3.1. (а) Спектр неоднородного уширения примесных молекул.72

Рис. 3.2. Условная картинка, иллюстрирующая механизм формирования сигнала двухимпульсного фотонного эха.74

Рис. 3.3. Схема формирования сигнала ЗФЭ.76

Рис. 3.4. Принцип формирования аккумулированного фотонного эха.80

Рис. 3.5. Формирование частотной решетки в распределении населенностей уровней.82

Рис. 3.6. Распад частотной решетки в результате процессов спектральной релаксации.82

Рис. 3.7. Схема формирования сигнала двухимпульсного некогереитного фотонного эха.85

Глава IV.

Рис. 4.1. Схема широкополосного лазера, разработанного для реализации измерений методом некогерентного фотонного эха.95

Рис. 4.2. Принципиальная схема лазерной системы для генерации импульсов пикосекундной длительности.97

Рис. 4.3. Принципиальная схема экспериментальных установок НФЭ и

2ФЭ.98

Рис. 4.4. Временное разрешение установки НФЭ.99

Рис. 4.5. Схема сведения лучей на образец и направления сигналов фотонного эха, а также направления их поляризаций.103

Рис. 4.6. Экспериментальная зависимость измеряемого времени дефазировки Т2НФЭ от плотности энергии лазерного импульса на образце.105

Рис. 4.7. Оптический спектр суммарного поглощения твердотельного образца (молекулярный кристалл, включающий большое количество локальных пеоднородностей), при различном числе примесных хромофорных молекул в измеряемом объеме.113

Рис. 4.8. Примеры спектров одиночных молекул тетра-терт-бутилтеррилена в полиизобутилене.115

Рис. 4.9. Принципиальная схема конфокального микроскопа.117

Рис. 4.10. Принципиальная схема экспериментальной установки для регистрации спектров возбуждения флуоресценции одиночных примесных молекул в твердотельных матрицах.118

Рис. 4.11. Спектр поглощения тетра-терт-бутилтеррилена в полиизобутиленовой матрице.120

Рис. 4.12. Пример представления зарегистрированных спектральных траекторий в виде трехмерного (3D-plot) - (а) и двумерного (2D-plot) б) изображений.123

Рис. 4.13. Примеры визуализации спектральных траекторий в виде 2D-Plot.124

Рис. 4.14. (а) Идентификация измеренных спектров путем анализа спектральных траекторий .126

Рис. 4.15. Примеры интегральных спектров и 2D-plot изображений.127

Рис. 4.16. Пример искажения формы спектральной линии при регистрации спектров одиночных молекул путем однократного медленного сканирования.128

Табл. 4.1. Основные параметры установок пикосекундного 2ФЭ и НФЭ.100

Табл. 4.2. Характеристики некоторых из систем, исследованных методом ФЭ.109

Табл. 4.3. Основные параметры экспериментальной установки для регистрации спектров возбуждения флуоресценции одиночных примесных молекул.119

Глава V.

Рис. 5.1. Температурная зависимость обратного времени оптической дефазировки ГФЭ = 1/тгТ2, измеренная двумя методами для d-этанола, допированного молекулами резоруфина.132

Рис. 5.2. Кривая спада сигналов некогерентиого фотонного эха для системы резоруфин в d-этаноле, измеренная при температуре Г= 25 К.136

Рис. 5.3. Результаты измерений температурной зависимости квазиоднородной ширины линии 0-0 перехода (без Т1-вклада), ГфЭ =1/^Г2ФЭ - М2лТх резоруфина в d-этаноле экспериментальны3 ми методами с различными временами усреднения.138

Рис. 5.4. Относительное отклонение экспериментальной кривой спада НФЭ в p/d-э 1экспер(г) при Т= 4,3 Кои аппроксимаций с помощью различных уравнений (5.7) - (5.9).145

Рис. 5.5. Результаты измерения температурной зависимости однородной ширины линии (без Tl-вклада) резоруфина в d-этаноле различными экспериментальными методами.148

Рис. 5.6. Температурная зависимость относительного вклада спектральной диффузии в общую ширину линии, измеренную НФЭ.149

Рис. 5.7. Результаты измерения методом НФЭ температурной зависимости обратного времени оптической дефазировки, ГНФЭ = 1/кТ2, в двух примесных стеклах: резоруфин в d-этаноле (квадраты) и резоруфин в d6-эmaнoлe (кружки).157

Рис. 5.8. Кривые спада двухимпульсного пикосекундного фотонного эха (а) и некогерентного фотонного эха (б-е) для системы: цинк-октаэтилпорфин в толуоле, измеренные при различных температурах.163

Рис. 5.9. Температурная зависимость обратного времени оптической дефазировки, ГФЭ = 1/пТ2, для тетра-терт-бутилтеррилена в полиизобути-лене, измеренная методами 2ФЭ - белые кружки, и НФЭ - черные квадраты.166

Рис. 5.10. Низкотемпературные данные по зависимости ГФЭ = 1/лТ '2 (без вклада Т1) для резоруфина в d-этаноле, измеренные методом двухимпульсного пикосекуидного фотонного эха.167

Рис. 5.11. Температурные зависимости обратного времени оптической дефазировки, ГФЭ(Т) - 1/пТ2(Т), для пяти систем.169

Рис. 5.12. Температурные зависимости обратного времени оптической дефазировки, ГФЭ(Т) = 1/лТ2(Т), измеренные методами 2ФЭ и 2НФЭ и рассчитанные для различных случаев.174

Рис. 5.13. Динамическая восприимчивость^//^, измеренная по спектрам неупругого низкочастотного рассеяния света в замороженном толуоле при различных температурах.177

Рис. 5.14. Температурная зависимость обратного времени оптической дефазировки ГФЭ(Т) =1/яТ2(Т) для системы ZnOEP в толуоле, измеренная методом 2ФЭ (квадраты) и НФЭ (кружки).181

Рис. 5.15 Результаты расчетов температурной зависимости обратного времени оптической дефазировки (за вычетом вклада Т1) в рамках модели мягких потенциалов и экспериментальные данные по фотонному эхо (кружки) для системы ТБТ в ПММА.185

Табл. 5.1. Параметры, соответствующие наилучшим приближениям кривой спада НФЭ в p/d-э при Т - 4,3 К.146

Табл. 5.2. Параметры, соответствующие наилучшим приближеииям при аппроксимации НФЭ-результатов для p/d-э и p/d6-3 с помощью уравнения (5.15).153

Табл. 5.3. Параметры Ъ, a, w, АЕ и Тперех, полученные при анализе измеренных температурных зависимостей обратного времени оптической дефазировки для исследованных систем.169

Табл. 5.4. Параметры системы ТБТ и ПММА, используемые при расчетах в рамках модели мягких потенциалов.184

Глава VI.

Рис. 6.1. Примеры 2D-plot, измеренные для системы ТБТ в ПИБ при температуре 2 К.191

Рис. 6.2. Примеры измеренных суммарных спектров одиночных молекул

ТБТ в ПИБ при Г = 2 К.192

Рис. 6.3. Примеры измеренных при Т= 4,5 К спектральных траекторий одиночных примесных молекул ТБТ в ПИБ, которые могут быть описаны в рамках модели ДУС.194

Рис. 6.4. Пример рассчитанного спектра ОМ (г) и соответствующая ему корреляционная функция (а-в) для системы ТБТ в ПИБ при Т = 2 К.197

Рис. 6.5. Пример рассчитанных спектров примесной молекулы ТБТ в ПИБ, взаимодействующей с различным числом "сильно взаимодействующих" ДУС (от 1 до 19), и спектр той же ОМ, взаимодействующей со "всеми" ДУС.200

Рис. 6.6. Иллюстрация к процедуре расчета моментов, (а) пример смоделированного спектра ОМ, (б) тот же спектр после добавления "белого" шума, (в) зависимость расчетных величин первых четырех моментов от уровня дискриминации.203

Рис. 6.7. Примеры рассчитанных спектров 20 одиночных молекул ТБТ в

ПИБ с добавлением пуассоновского шума (Т = 4,5 К, Нам = 120 с).204

Рис. 6.8. Распределения первого момента (сдвиг), рассчитанные для двух различных значений начальной частоты.205

Рис. 6.9. Распределения первых четырех моментов (а-г) и ширин линий (д), полученные на основе -2000 моделированных (сплошные и пунктирные линии) и 244 измеренных (гистограммы) спектров одиночных молекул ТБТ в ПИБ.207

Рис. 6.10. Распределение значений константы взаимодействия ДУСхромофор, Л.209

Рис. 6.11. Распределения первых и вторых кумулянтов, полученные на основе измеренных спектров одиночных молекул (точки) ТБТ в ПИБ (Т = 2К, toM = 120 с) и их аппроксимация функциями Лоренца и Смирнова (сплошные кривые), соответственно, предсказываемыми в рамках статистики Леви.212

Рис. 6.12. Распределения ширин спектральных пиков для 2000 рассчитанных (сплошные и пунктирные линии) и измеренных (гистограммы) спектров одиночных молекул ТБТ в ПИБе при Т = 2, 4,5 и 7 К.214

Рис. 6.13. Круговые диаграммы относительного числа расщепленных и нерасщепленных спектров ОМ.216

Рис. 6.14. Зависимости первых моментов М,(|) (а); среднего значения вторых моментов у2 (б); среднего значения ширины спектральных пиков

Г (в) спектров одиночных молекул от величины минимального радиуса rcutoff.220

Рис. 6.15. Зависимости величин средне-квадратичных отклонений значений первых моментов АЛ/, - (а); вторых моментов Ау2 - (б); ширин спектральных пиков АГ (в) модельных спектров одиночных молекул от величины минимального радиуса rcutoff.221

Рис. 6.16. Характерные зоны взаимодействия двухуровневых систем с хромофорными молекулами.222

Рис. 6.17. Распределение ширин спектральных линий ОМ для системы ТБТ в

ПИБ, измеренных методом СОМ при Т = 2 К.224

Табл. 6.1. Параметры ДУС, использованные при расчетах спектров примесной молекулы, взаимодействующей с различным числом ДУС (см. Рис. 6.5).200

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Вайнер, Юрий Григорьевич, 2005 год

1. Amorphous solids. Low-temperature properties, Vol. 24 of Topics in current Physics, ed. by W.A.Phillips, (Springer-Verlag, Berlin, 1981), ed. by W.A. Phillips, (Berlin, Springer, 1981).

2. S. Hunklinger, A.K. Raychaudhuri, in Progress in low-temperature physics, ed. by D.F. Brewer, (Amsterdam, Elsevier, 1986) Vol. 9.

3. Tunneling systems in amorphous and crystalline solids, ed. by P. Esquinazi, (Berlin, Springer, 1998).

4. P.W. Anderson, B.I. Halperin, C.M. Varma, Anomalous low-temperature thermal properties of glasses and spin glasses // Phil. Mag. Vol. 25, P.l (1972).

5. W.A. Phillips, Tunneling states in amorphous solids // J. Low Temp. Phys. Vol. 7, P. 351 (1972).

6. R.O. Pohl. in Amorphous solids. Low-temperature properties, Vol. 24 of Topics in current Physics, ed. by W.A.Phillips, (Springer-Verlag, Berlin, 1981), P. 27.

7. J.J. Freeman, A.C. Anderson, Thermal conductivity of amorphous solids // Phys. Rev. B, Vol. 34, P. 5684 (1986).

8. G. Bellessa, Frequency and temperature dependence of the sound velocity in amorphous materials at low temperatures // Phys. Rev. Lett., Vol. 40, P. 1456 (1978).

9. J. Jackie, in Amorphous solids. Low-temperature properties, Vol. 24 of Topics in current Physics, ed. by W.A.Phillips, (Springer-Verlag, Berlin, 1981), P. 135.

10. U. Buchenau, M. Prager, N. Niicker, A J. Dianoux, N.A. Ahmad, W.A. Phillips, Low-frequency modes in vitreous silica // Phys. Rev. B, Vol. 34, P. 5665 (1986).

11. В.Г. Карпов, М.И. Клингер, Ф.Н. Игнатьев, Теория низкотемпературных аномалий тепловых свойств аморфных структур // ЖЭТФ, Том 84, С. 760 (1983).

12. A. Szabo, Observation of the optical analog of the Mossbauer effect in ruby // Phys. Rev. Lett., Vol. 27, P. 323 (1971).

13. R.I. Personov, E.I. Al'shits, L.A. Bykovskaya, The effect of fine structure appearance in laser-excited fluorescence spectra of organic compounds in solid solutions // Opt. Commun., Vol. 6, P. 169 (1972).

14. B.M. Kharlamov, R.I. Personov, L.A. Bykovskaya, Stable 'gap' in absorptionspectra of solid solutions of organic molecules by laser irradiation // Opt. Com-mun., Vol. 12, P. 191 (1974).

15. A.A. Гороховский, P.K. Каарли, JI.А. Ребане, Выжигание провала в контуречисто электронной линии в системах Шпольского // Письма в ЖЭТФ, Том. 20, С. 474 (1974).

16. N.A. Kurnit, I.D. Abella, S.R. Hartmann, Observation of a photon echo, // Phys. Rev. Lett., Vol. 13, P. 567 (1964).

17. J. Hegarty, Optical dephasing in doped glasses // J. Lumin., Vol. 36, P. 273 (1987).

18. L.R. Narasimhan, K.A. Littau, D.W. Pack, Y.S. Bai, A. Elschner, M.D. Fayer, Probing Organic glasses at low temperature with variable time scale optical dephasing measurements // Chem. Rev., Vol. 90, P. 439 (1990).

19. W.E. Moerner, L. Kador, Optical detection and spectroscopy of single molecules in a solid II Phys. Rev. Lett., Vol. 62, P. 2535 (1989).

20. M. Orrit, J. Bernard, Single pentacene molecules detected by fluorescence excitation in a/7-terphenyl crystal // Phys. Rev. Lett., Vol. 65, P. 2716 (1990).

21. Single-molecule optical detection, imaging and spectroscopy, ed. by T. Basche, W.E. Moerner, M. Orrit, U.P. Wild, (Weinheim, N.Y., Basel, Cambridge, Tokyo), 1998.

22. W.E. Moerner, T. Basche, Optical spectroscopy of single impurity molecules in solids // Angewandte Chemie, Vol. 32, P. 457 (1993).

23. L. Kador, Recent results of single-molecule spectroscopy in solids // Phys. Stat. Sol., Vol. 189, P. 11 (1995).

24. M. Orrit, J. Bernard, R. Brown, B. Lounis, Optical spectroscopy of single molecules in solids // in Progress in optics, ed. by E. Wolf, (Elsevier Science, Amsterdam, Lausanne, N.Y., Oxford, Shannon, Tokyo), Vol. XXXV, P. 61, 1986.

25. T. Plakhotnik, E.A. Donley, U. Wild, Single molecule spectroscopy // Annu. Rev. Phys. Chem. Vol. 48, P. 181 (1997).

26. W.E. Moerner, M. Orrit, Illuminating single molecules in condensed matter // Science, Vol. 283, P. 1670 (1999).

27. F. Kulzer, M. Orrit, Single-molecule optics I I Annu. Rev. Phys. Chem. Vol. 55, P. 585 (2004).

28. E. Geva, J.L. Skinner, Theory of photon echoes and hole burning in low temperature glasses: How good are the standard approximations? // J. Chem. Phys., Vol. 107, №19, P. 7630 (1997)

29. J.R. Klauder, P.W. Anderson, Spectral Diffusion Decay in Spin Resonance Experiments IIPhys. Rev., Vol. 125, P. 912 (1962).

30. И.С. Осадько, Динамическая теория спектральной диффузии в оптических спектрах примесных центров // ЖЭТФ, Т. 109, Вып. 3, С. 805 (1996).

31. И.С. Осадько, Е.В. Хоц, Динамический подход к модели «внезапных прыжков» в спектроскопии одиночных молекул // Оптика и спектроскопия, Т. 94, №6, С. 949 (2003).

32. A. Suarez, R. Silbey, Study of a microscopic model for two-level system dynamics in glasses // J. Phys. Chem., Vol. 98, P. 7329 (1994).

33. S. Astilean, A. Corval, R. Casalengo, H.P. Trommsdorf, Relaxation and photochemistry in pentacene doped benzoic acid crystals // J. Lumin., Vol. 58, P. 275 (1994).

34. D. Dab, A. Heuer, R.J. Silbey, Low temperature properties of glasses: a preliminary study of double well potentials microscopic structure // J. Lumin., Vol. 64, P. 95 (1995).

35. J. Jackie, On the ultrasonic attenuation in glasses at low temperatures // Z. Physik, Vol. 257, P. 212 (1972).

36. P. Doussineau, C. Frenois, R.G. Leisure, A. Levelut, J.-Y. Prieur, Low-temperature ultrasonic velocity measurements in Na beta-alumina // Phys. Rev. B, Vol. 21, P. 3721 (1980).

37. B. Golding, J.E. Graebner, Phonon Echoes in Glass // Phys. Rev. Lett., Vol. 37, P. 852 (1973).

38. J.L. Black, B.I. Halperin, Spectral diffusion, phonon echoes, and saturation recovery in glasses at low temperatures II Phys. Rev. B, Vol. 16, P. 2879 (1977).

39. S. Hunklinger, M.V. Schikfus, in Amorphous Solids. Low-temperature Properties/Ed. Phillips W., Berlin: Springer-Verlag, 1981, P. 81.

40. S. Hunklinger, M. Schmidt, An explanation of the anomalous temperature dependence of optical linewidths in glasses HZ. Phys. B, Vol. 54, P. 93 (1984).

41. T.L. Reinecke, Fluorescence linewidths in glasses // Sol. State. Comm., Vol. 32, P. 1103 (1979).

42. P.Hu, S.R.Hartmann, Theory of spectral diffusion decay using an uncorrelated-sudden-jump model II Phys. Rev. B, Vol. 9, P. 1 (1974).

43. P.Hu, L.R.Walker, Spectral-diffusion decay in echo experiments // Phys. Rev. B, Vol. 18, P. 1300(1978).

44. R. Maynard, R. Rammal decay of spontaneous echoes in disordered systems // J. Phys. Lett. (France) Vol. 41, P. 291 (1980).

45. A. Suarez, RJ. Silbey, Low-temperature dynamics in glasses and the stochastic sudden-jump model // Chem. Phys. Lett., Vol. 218, P. 445 (1994).

46. J.F. Berret, M. Meissner, Haw universal are the low temperature acoustic properties of glasses? // Z. Phys. B, Vol. 70, P. 65 (1988).

47. E. Geva, J.L. Skinner, Theory of single-molecule optical line-shape distributions in low-temperature glasses // J. Phys. Chem. B, Vol. 101, №44, P. 8920 (1997).

48. E. Geva, J.L. Skinner, Two-pulse photon echoes from zinc-meso-tetraphenylporphine/polymethylmethacrylate are not consistent with the tunneling two-level system model // J. Chem. Phys., Vol. 108, №20, P. 8485 (1998).

49. D.A. Parshin, Interactions of soft atomic potentials and universality of low-temperature properties of glasses // Phys. Rev. В., Vol. 49, P. 9400 (1994).

50. Д.А. Паршин, Модель мягких потенциалов и универсальные свойства стекол // ФТТ, Том. 36, №7, С. 1809 (1994).

51. М.А. Ильин, В.Г. Карпов, Д.А. Паршин, Параметры мягких атомных потенциалов в стеклах И ЖЭТФ, Том. 92, С. 291 (1987).

52. В.Г. Карпов, Д.А. Паршин, О теплопроводности стекол при температурах ниже дебаевской II ЖЭТФ, Том. 88, С. 2212 (1985).

53. U. Buchenau, Yu.M. Galperin, V.L. Gurevich, H.R. Schober, Anharmonic potentials and vibrational localization in glasses // Phys. Rev. B, Vol. 43, P. 5039 (1991).

54. D.A. Parshin, S. Sahling, Heat release in glasses at low-temperatures // Phys. Rev. B, Vol. 47, P. 5677 (1993).

55. K.S. Gilroy, W.A. Philips // Phil. Mag. B, Vol. 43, P. 735 (1981).

56. V.L. Gurevich, D.A. Parshin, J. Pelous, H.R. Schober, Theory of low-energy raman-scattering in glasses // Phys. Rev. B, Vol. 48, P. 16318 (1993).

57. M.A. Ramos, L. Gil, A. Bringer, U. Buchenau, The density of tunneling and vibrational-states of glasses within the soft-potential model // Phys. Stat. Sol. A, Vol 135, P. 477(1993).

58. A.J. Garcia, J. Fernandez, Optical homogeneous linewidths in glasses in the framework of the soft-potential model // Phys. Rev. B, Vol. 56, P. 579 (1997).

59. A.J. Garcia, R. Balda, J. Fernandez, Low-temperature optical homogeneous line width of glasses // J. Lumin., Vol. 83-84, P. 417 (1999).

60. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, S.J. Zilker, Nonexponential two-pulse photon echo decay in amorphous solids at low temperatures // J. Lumin., Vol. 86, P. 273 (2000).

61. D.E. McCumber, M.D. Sturge, Linewidth and Temperature Shift of the R Lines in Ruby // J. Appl. Phys., Vol. 34, №6, 1682 (1963).

62. Э.А. Маныкин, B.B. Самарцев, Оптическая эхо-спектроскопия, M., Наука, 1984.

63. J1. Аллен, Дж. Эберли, Оптический резонанс и двухуровневые атомы, М. Мир 1978 / перевод с "Allen L., Eberly J.H., Optical resonance and two-level atoms, Wiley, N. Y., 1975".

64. B.A. Голенищев-Кутузов, B.B. Самарцев, Б.М. Хабибуллин, Импульсная оптическая и акустическая когерентная спектроскопия, М., Наука, 1998.

65. И.Р. Шен, Принципы нелинейной оптики, М., Наука, 1989 / перевод под ред. С.А. Ахманова с "Shen Y.R., The principles of nonlinear optics, Wiley, N.Y., 1984".

66. E.L. Hahn, Spin echoes // Phys. Rev., Vol. 80, P. 580 (1950).

67. У.Х. Копвиллем, B.P. Нагибаров, Материалы 9-го Всесоюзного совещания по физике низких температур (26 июня-2 июля 1962 г., Ленинград) // Физика металлов и металловедение, Том 15, С. 313 (1963).

68. В. Демтредер, Лазерная спектроскопия: Основные принципы и техника эксперимента, М., Наука, 1985 / перевод под ред. И.И. Собельмана с "Demtroder W., Laser spectroscopy, Springer-Verlag, Berlin, 1981".

69. F. Bloch, Nuclear induction // Phys. Rev., Vol. 70, P. 460 (1946).

70. А. Абрагам, Ядерный магнетизм, M., ИЛ., 1963 / перевод под редакцией Г.В. Скроцкого с "Abraham A., The principles of nuclear magnetism, London, Oxford University Press, 1961".

71. К. Блум, Теория матрицы плотности и ее приложения, М., Мир, 1983 / перевод под редакцией Д.Н. Зубарева с "К. Blum, Density matrix theory andapplications, N.Y., London, Plenum Press, 1981".

72. R.P. Feynman, F.L. Vernon, R.W. Hellwarth, Geometrical representation of the Schrodinger equation for solving maser problems // J. Appl. Phys. Vol. 28, P. 49 (1957).

73. M. Berg, C.A. Walsh, L.R. Narasimhan, K.A. Littau, M.D. Fayer, Dynamics in low temperature glasses: Theory and experiments on optical dephasing, spectral diffusion, and hydrogen tunneling // J. Ch em. Phys., Vol.88, P. 15641988).

74. Y.S. Bai, M.D. Fayer, Time scales and optical dephasing measurements: Investigations of dynamics in complex systems // Phys. Rev. B, Vol. 39, P. 110661989).

75. K. Duppen, D.A. Wiersma, Picosecond multiple-pulse experiments involving spatial and frequency gratings: a unifying nonperturbational approach // JOSA B, Vol. 3, P. 614 (1986).

76. W.H. Hesselink, D.A. Wiersma, Photon echo stimulated from an accumulated grating: Theory of generation and detection II J. Chem. Phys., Vol. 75, P. 4192 (1981).

77. S. Asaka, H. Nakatsuka, M. Fujiwara, M. Matsuoka, Accumulated photon echoes with incoherent light in Nd+3 doped silicate glass // Phys. Rev. A, Vol. 29, P. 2286(1984).

78. H. Nakatsuka, M. Tomita, M. Fujiwara, S. Asaka, Subpicosecond photon echoes by using nanosecond laser pulses // Opt. Commun., Vol. 52, P. 150 (1984).

79. N. Morita, T. Yajima, Ultrahigh-time-resolution coherent spectroscopy with incoherent light I/ Phys. Rev. A, Vol. 30, P. 2525 (1984).

80. R. Beach, S.R. Hartman, Incoherent photon echoes // Phys. Rev. Lett., Vol. 53, P. 663 (1984).

81. S J. Zilker, D. Haarer, Yu.G. Vainer, Line broadening mechanisms in spectra of organic amorphous solids: photon echo study of terrylene in polyisobutylene at subkelvin temperatures // Chem. Phys. Lett., Vol. 273, P. 232 (1997).

82. R.W. Olson, H.W.H. Lee, F.G. Patterson, M.D. Fayer, Optical density effects in photon echo experiments // J. Chem. Phys., Vol. 76, P. 31 (1981).

83. O. Haida, H. Suga, S. Seki, Calorimetric study of thr glassy state XII. Plural glass-transitions phenomena of ethanol // J. Chem. Thermodynamics, Vol. 9, P. 1133 (1977).

84. I. Tsukushi, О. Yamamuro, К. Yamomoto, К. Takeda, Т. Kanaya, Т. Matsuo, ф) Neutron scattering study of glassy toluene: dynamics of a quasi-rigid molecularglass // J. of Physics and Chemistry of Solids, Vol. 60, P. 1541 (1999).

85. H.J. Kimble, M. Dagenais, L. Mandel, Photon antibunching in resonance fluorescence HPhys. Rev. Lett., Vol. 39, P. 691 (1977).

86. W. Neuhauser, M. Hohenstatt, P. Toschek, H. Dehmelt, Localized visible B+ mono-ion oscillator // Phys. Rev. A, Vol. 22, P. 1137 (1980).

87. W.E. Moerner, Examining nanoenvironments in solids on the scale of a single, isolated impurity molecule // Science, Vol. 265, P. 46 (1994).

88. W.P. Ambrose, W.E. Moerner, Fluorescence spectroscopy and spectral diffusion of single impurity molecules in a crystal // Nature, Vol. 349, P. 226щ (1991).

89. R. Kubo, в "Fluctuation, Relaxation and Resonance in Magnetic Systems", ed. by D. ter Haar, (Oliver and Boyd, Edinburgh, London, 1962), P. 23.94 "Confocal Microscopy" ed. by Wilson T. (Academic Press, London, 1990).

90. A. Zumbusch, L. Fleury, R. Brown, J. Bernard, M. Orrit, Probing individual two-level systems in a polymer by correlation of single molecule fluorescence // Phys. Rev. Lett., Vol. 70, P. 3584 (1993).

91. N.V. Gruzdev, E.G. Sil'kis, V.D. Titov, Yu.G. Vainer, Photon-echo study of ul-trafast dephasing in amorphous solids in wide temperature region with incoherent light, J. de Phys. IV, Colloque.C7, supplement to J. de Phys. Ill, Vol. 1, P. C7-439(1991).

92. N.V. Gruzdev, E.G. Sil'kis, V.D. Titov and Yu.G. Vainer, Ultrafast dephasing of resorufin in D-ethanol glass from 1.7 to 40K studied by incoherent photonф echo JOSA B, Vol. 9, P. 941 (1992).

93. Y.S. Bai, M.D. Fayer, Optical dephasing in glasses: Theoretical comparison of the incoherent photon echo, accumulated grating echo, and two-pulse photon echo experiments // Chem. Phys., Vol. 128, P. 135 (1988).

94. L.R. Narasimhan, Y.S. Bai, M.A. Dugan, M.D. Fayer, Observation of fast time scale spectral diffusion in a low temperature glass: comparison of picosecond photon and stimulated echoes // Chem. Phys. Lett., Vol. 176, P. 335 (1991).

95. N.V. Gruzdev and Yu.G. Vainer, Nanosecond spectral diffusion and optical dephasing in organic glasses over a wide temperature range: incoherent photon echo study of resorufin in D- and D6-ethanol // J.Lumin., Vol.56, P. 181 (1993).

96. Ю.Г. Вайнер, H.B. Груздев, Динамика органических аморфных сред при ® низких температурах: Исследования резоруфина в d- и d6- этаноле при1.7-35 К методом некогерентного фотонного эха. II. Анализ результатов // Опт. и спектр., Том 76, С. 259 (1994).

97. R. Van den Berg, S. Volker, Optical homogeneous linewidth of resorufin in ethanol glass: An apparent contradiction between hole-burning and photon echo results?// Chem. Phys. Lett., Vol. 137, P. 201 (1987).

98. Y.S. Bai, M.D. Fayer, Effects of spectral diffusion in incoherent photon echo experiments II Phys. Rev. B, Vol. 37, P. 10440 (1988).

99. K.A. Littau, M. A. Dugan, S. Chen, M.D. Fayer, Dynamics in a low temperature glass: Fast generation and detection of optical holes // J. Chem. Phys., Vol. 96, P. 3484(1992).

100. H.C. Meijers, D.A. Wiersma, Glass dynamics probed by the long-lived stimulated photon echo // Phys. Rev. Lett., Vol. 68, P. 381 (1991).

101. S.J. Zilker, D. Haarer, Line broadening in a polymer glass as investigated by stimulated photon echo spectroscopy: spectral diffusion versus heating effects // Chem. Phys., Vol. 220, P. 167 (1997).

102. S. Jahn, D. Haarer, B.M. Kharlamov, Spectral diffusion in organic glasses measured by transient hole recovery kinetics on a time scale 1-500 ms // Chem. Phys. Lett., Vol. 181, P. 31 (1991).

103. S. Osad'ko // в "Spectroscopy and excitation dynamics of condensed molecular systems", ed. by V.M. Agranovich and R.M. Hochstrasser (Amsterdam, 1983).

104. M.А. Кривоглаз, Теория уширения бесфононных линий в эффекте Мес-сбауера и оптических спектрах // ФТТ, Том 6, С. 1707 (1964).

105. W.H. Hesselink, D.A. Wiersma, Optical dephasing and vibronic relaxation in molecular mixed crystals: A picosecond photon echo and optical study of pen-tacene in naphthalene and /?-terphenyl // J. Chem. Phys., Vol. 73, P. 648 (1980).

106. B. Jackson, R. Silbey, Theoretical description of photochemical hole burning in soft glasses // Chem. Phys. Lett., Vol. 99, P. 331 (1983).

107. G. Schulte, W. Graund, D. Haarer, R. Silbey, Photochemical hole burning of phtalocyanine in polymer glasses: Thermal cycling and spectral diffusion // J. Chem. Phys., Vol. 88, P. 679 (1987).

108. И.С. Осадько, Теория формы оптических полос и исследование электронно-колебательного взаимодействия по структурным оптическим спектрам примесных центров // УФН, Том. 128, № 11, С. 31 (1979).

109. И.С. Осадько, Теория формы оптических полос и исследование электронно-колебательного взаимодействия по структурным оптическим спектрам примесных центров, Докторская диссертация, Москва, 1977.

110. W. Breinl, J. Friedrich, D. Haarer, Spectral diffusion of a photochemical proton ф) transfer system in an amorphous organic host: Quinizarin in alcohol glass //

111. J. Chem. Phys., Vol. 81, P. 3915 (1984).

112. J.M.Hayes, R.P. Stout, G.J. Small, Hole burning, sofiton-phonon scattering, and ultrafast dephasing of impurity electronic transitions in glasses // J. Chem. Phys., Vol. 74, P. 4266 (1981).

113. D.W. Pack, L.R. Narasimhan, M.D. Fayer, Solvatation shell effects and spectral diffusion: Photon echo and optical hole burning experiments on ionic dyes in ethanol glass // J. Chem. Phys., Vol. 92, P. 4125 (1990).

114. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, Modified model of photon echoes in low-temperature glasses: Effect of minimal distance between two-level systems and chromophore // J. Phys. Chem. B, Vol. 107, P. 2054 (2003).

115. A. Elschner, L.R. Narasimhan, M.D. Fayer, High temperature optical dephasing mechanism for dye molecules in PMMA glass // Chem. Phys. Lett., Vol. 171, P. 19(1990).

116. Ю.Г. Вайнер, M.A. Кольченко, A.B. Наумов, Р.И. Персонов, С.Дж. Цилкер,

117. Оптическая дефазировка в твердом толуоле, активированном цинк-октаэтилпорфином // ФТТ, Том 45, Вып. 2, С. 215 (2003).

118. Yu.G. Vainer, A.V. Naumov, M. Kol'chenko, R.I. Personov, S.J.Zilker, Quasi-localized low-frequency vibrational modes of disordered solids. I. Study byщ photon echo // Phys. Stat. Sol. B, Vol. 241, No 15, P. 3480 (2004).

119. J. Wiedersich, N.V. Surovtsev, E. Rossler, A comprehensive light scattering study of the glass former toluene // J. Chem. Phys., Vol. 113, P. 1143 (2000).

120. V.Z Gochiyaev, V.K. Malinovsky, V.N. Novikov, A.P. Sokolov, Structure of the rayleigh line wing in highly viscous-liquids // Phyl. Mag. B, Vol. 63, P. 777(1991).

121. V.N. Novikov, A.P. Sokolov, B. Strube, N.V. Surovtsev, E. Duval, A. Mermet, Connection between quasielastic Raman scattering and free volume in polymeric glasses and supercooled liquids // J. Chem. Phys., Vol. 107, P. 1057 (1997).

122. I.S. Osad'ko, Optical dephasing and homogeneous optical bands in crystals and amorphous solids dynamic and stochastic approaches // Phys. Rept., Vol. 206, P. 43 (1991).

123. Ю.Г. Вайнер, М.А. Кольченко, Р.И. Персонов, Модель мягких потенциалов и однородная ширина спектральных линий примесных центров в молекулярных аморфных средах // ЖЭТФ, Том. 119, Вып. 4, С. 738(2001).

124. М.А. Kol'chenko, Yu.G. Vainer, R.I. Personov, Optical dephasing in polymers and the soft potential model: Analysis of photon echo in doped PMMA // J. Lumin., Vol. 98, No. 1&4, P. 375 (2002).

125. Yu.G. Vainer, M.A. Kol'chenko, A.V. Naumov, R.I. Personov, S.J. Zilker,

126. Photon echoes in doped organic amorphous systems over a wide (0.35 50k)temperature range // J. Lumin., Vol. 86, P. 265 (2000).

127. A. Mermet, N.V. Surovtsev, E. Duval, J.F. Jal, J. Dupuy-Philon, A.J. Dianoux, Inelastic neutron and Raman scattering of poly(methyl methacrylate): Nanos

128. Щ tructure of polymer glasses // Europhys. Lett., Vol. 36, P. 277 (1996).

129. M.A. Ramos, L. Gil, A. Bringer, U. Buchenau, The density of tunneling and vibrational-states of glasses within the soft-potential model // Phys. Status SolidiA., Vol. 135, P. All (1993).

130. E. Duval, N. Garcia, A. Boukenter, J. Serughetti, Correlation-effects on raman-scattering from low-energy vibrational-modes in fractal and disordered-systems. 1. theory // J. Chem. Phys., Vol. 99, P. 2040 (1993).

131. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, M.Bauer, S. Zilker, L. Kador, Distributions of moments of single-molecule spectral lines and the dynamics of amorphous solids И Phys. Rev. B, Vol. 63, P. 212302(1^1) (2001).

132. Ю.Г. Вайнер, А.В. Наумов, М. Bauer, L. Kador, Динамика аморфных полимеров при низких температурах и временная эволюция спектров одиночных примесных молекул. I. Эксперимент // Опт. и спектр., Том 94, № 6, С. 926 (2003).

133. D.L. Huber, Analysis of a stochastic model for the optical and photon-echo decays of impurities in glasses // J. Lumin., Vol. 36, P. 307 (1987).

134. E. Barkai, R. Silbey, G. Zumofen, Transition from simple to complex behavior of single molecule line shapes in disordered condensed phase // J. Chem. Phys., Vol. 113, №14, P. 5853 (2000).

135. E. Barkai, R. Silbey, G. Zumofen, Levy distribution of single molecule lineshape cumulants in glasses // Phys. Rev. Lett., Vol. 84, №23, P. 5339 (2000).

136. В. Kozankievicz, J. Bernard, M. Orrit, Single-molecule lines and spectral hole-burning of terrylene in different matrices // J. Chem. Phys., Vol. 101, P. 9377 (1994).

137. J. Tittel, R. Kettner, Th. Basche, C. Brauchle, H. Quante, K. Mullen, Spectral diffusion in an amorphous polymer probed by single-molecule spectroscopy // J. Lumin., Vol. 64, P. 1 (1995).

138. L. Fleury, A. Zumbush, M. Orrit, R. Brown, J. Bernard, Spectral diffusion and individual 2-level systems probed by fluorescence of single terrylene mole* cules in a polyethylene matrix // J. Lumin., Vol. 56, P. 15 (1993).

139. E.A. Donley, H. Bach, U.P. Wild, T.V. Plakhotnik, Coupling strength distributions for dynamic interactions experienced by probe molecules in a polymer host // J. Phys. Chem. A, Vol. 103, P. 2282 (1999).m

140. E.A. Donley, T.V. Plakhotnik, Spectral diffusion in polyethylene: Single-molecule studies performed between 30 mK and 1.8 К // J. Chem. Phys., Vol. 113, P. 9294 (2000).

141. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, Minimal distance between chromophore and two-level systems in amorphous solids: effect on photon echo and single molecule spectroscopy data II J. Lumin., Vol. 98, No.l&4, P. 63 (2002).

142. W. Feller, An Introduction to Probability Theory and its Applications, Vol. 2, Wiley, New York, 1970. Lecture Notes in Physics, Springer, Berlin, 2002.

143. E. Barkai, A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, M. Bauer, L. Kador, Levy statistics for random single-molecule line shapes in a glass // Phys. Rev. Lett., Vol. 91, No 7, P. 075502 (1-4) (2003).

144. E.J. Barkai, Yu.G. Vainer, L. Kador, RJ. Silbey, L'evy distribution of single molecule line shape cumulants in glasses // Abstracts of papers of the ameri4 can chemical society, Vol. 226, P. U286 (2003).

145. E. Barkai, A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, M. Bauer, L. Kador, Experimental evidence for Levy statistics in single-molecule spectroscopy in a low temperature glass: manifestation of long-range interactions // J. Lumin., Vol. 107, No 1-4, P. 21 (2004).

146. A.V. Naumov, Yu.G. Vainer, M. Bauer, L. Kador, Dynamics of a doped polymer at temperatures where the two-level system model of glasses fails: Study by single-molecule spectroscopy // J. Chem. Phys., Vol. 119, No 12, P. 62962003).

147. Ю.Г. Вайнер, А.В.Наумов, M.Bauer, L. Kador, Динамика аморфных полимеров при низких температурах и временная эволюция спектров одиночных примесных молекул. II. Модельные расчеты и анализ результатов // Опт. и спектр., том 94, № 6, сс. 936-948 (2003).

148. Ю.Г. Вайнер, А.В. Наумов, М. Bauer, L.Kador, E.Barkai, Статистический анализ спектров примесных одиночных молекул и динамика неупорядоченных твердых тел. I. Распределения ширин, моментов и кумулянтов // Опт. и спектр., Том 98, № 5, С. 806 (2005).

149. Е. Geva, P.D. Reilly, J.L. Skinner, Spectral dynamics of individual molecules in glasses and crystals И Лее. Chem. Res., Vol. 29, P. 579 (1996).

150. W. Pfluegl, F.L.H. Brown, R.J. Silbey, Variance and width of absorption lines of single molecules in low temperature glasses // J. Chem. Phys., Vol. 108, No 16, P. 6876,(1998).

151. E.A. Donley, TV. Plakhotnik, Luminescence lifetimes of single molecules in disordered media // J. Chem. Phys., Vol. 114, P. 9993 (2001).

152. E.A. Donley, V. Burzomato, U.P. Wild, T.V. Plakhotnik, The distribution of line widths of single probe molecules in a crystalline host at milliKelvin temperatures // J. Lumin., Vol. 83, P. 255 (1999).

153. Считаю своим долгом поблагодарить моих друзей и коллег Эммануила Гершевича Силькиса и Вадима Дмитриевича Титова за ценную помощь при создании экспериментальной установки.

154. Я выражаю свою искреннюю благодарность своему первому научному руководителю Узбеку Валиулловичу Хангильдину, за переданные знания и умения, научный и жизненный опыт, послужившие надежной опорой в моей научной деятельности.

155. Троицк 2005 г. / Юрий Вайнер