Нелинейные характеристики люминесценции ансамблей сложных органических молекул, обусловленные безызлучательным переносом энергии электронного возбуждения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 53^37 ^г

САХА РУК СЕРГЕЙ АДАМОВИЧ

НЕЛИНЕЙНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ АНСАМБЛЕЙ СЛОЖНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ БЕЗЫЗЛУЧАТЕЛЬНЫМ ПЕРЕНОСОМ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

01.04.05 — Оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Минск — 1998

Работа выполнена в Белорусском государственном университете

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, доцент Горбацевич С. К.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Клищенко А. П.

Оппонирующая организация: Гродненский государственный университет

им. Я. Куп алы

Защита состоится 27 марта 1998 г. в 14 часов на заседании совета по защите диссертаций Д 02.01.17 при Белорусском государственном университете (220080, Минск, просп. Ф. Скорины, 4, ком. 206).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгосуниверситета. Автореферат разослан февраля 1998 г. Ученый секретарь совета /)

кандидат физико-математических наук Немковкч Н. А.

по защите диссертаций

Е. С. Воропай

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертация.

В абсолютном большинстве случаев сложные молекулы находятся в конденсированной фазе — в жидких и твердых растворах, в кристаллических и стеклообразных матрицах. В таких системах существенный вклад в спектрально-кинетические и поляризационные характеристики люминесценции сложных молекул вносят универсальные межмолекулярные взаимодействия, а при увеличении концентрации молекул начинает проявляться безызлунательный перенос энергии электронного возбуждения. Так, перенос энергии в ансамблях сложных оргашмеских молекул с неоднородным уширением уровней приводит к возникновению ряда особенностей в спектральных, поляризационных и временных характеристиках люминесценции такого рода систем (сдвиг спектра флуоресценции, изменение степени поляризации флуоресценции и др.). В системах, состоящих из разных молекул, перенос энергии может вызывать тушение флуоресценции возбужденных молекул (доноров) в результате их взаимодействия с невозбужденными (акцепторами) или же сенсибиллизацию флуоресценции, т. е. возникновение флуоресценции центров, ранее невозбужденных.

Несмотря на серьезное внимание, уделяемое исследованию влияния межмолекулярных взаимодействий и безызлучательного индуктивно-резонансного переноса энергии элеюронного возбуждения на параметры люминесценции растворов сложных молекул, остается нерешенным целый ряд вопросов:

— не исследовано влияние индуктивно-резонансного переноса энергии электронного возбуждения на параметры люминесценции растворов сложных молекул при интенсивностях возбуждения, вызывающих насыщение переходов в молекулах донора или акцептора;

— по существу, не проводились систематические исследования спектральных и поляризационных характеристик люминесценции в условия*

неоднородного уширеюш электронных уровней энергии молекул в поле мощной световой волны.

Исследования в указанных направлениях и составляют основное содержание дайной работы.

Связь работы с крупными научными программами, темами.

, Основные исследования, результаты которых вошли в диссертацию, проводились на кафедре лазерной физики и спектроскопии и в НИЛ молекулярной фотоники Отдела физики преобразования информации физического факультета Белгосуниверситета в соответствии с плановыми заданиями по темам, входящим в программы фундаментальных исследований Б ГУ "Синергетика" (1991—1995 гг.) и "Нелинейные и когерентные явления при взаимодействии оптического излучения с конденсированными средами" (1996—2000 гг.), профамму министерства образования РБ "Фотон—БГУ" (1996-2000 гг.).

Цед> и ЖИ'ЧИ ИсслеД9РЗШ1я:

-Целью настоящей работы являлось: 1) разработка физических моделей молекулярных систем, позволяющих реализовать сложный нелинейный отклик на внешнее световое воздействие, обусловленный безызлуча-тельным переносом энергии электронного возбуждения; 2) изучение спектрально-кинетических и поляризационных характеристик люминесценции такого рода объектов. В частности, предполагалось решение следующих задач:

— построение математической модели твердых растворов сложных молекул для расчета их спектрально-кинетических и поляризационных характеристик при наличии безызлучательного переноса электронной энергии в условиях интенсивного возбуждения;

— теоретическое исследование спектрально-поляризационнмх характеристик флуоресценции двухкомпонентных твердых растворов сложных органических молекул (донор — акцептор) в условиях, когда нелинейная зависимость заселенностей их состояний от интенсивности возбуждении

определяется не насыщением соответствующих переходов, а обмене," энергии электронного возбуждения с молекулами окружения;

— теоретическое исследование процесса тушения люминесценции в твердых растворах сложных органических молекул в результате безызлуча-тельного переноса энергии электронного возбуждения не образующиеся в растворе относительно долгоживухцие акцепторы, роль которых выполняют молекулы, перешедшие в триплетное состояние;

— разработка физических принципов построения сред на основе растворов бихромофоров и трихромофоров, которые могут быть использованы в устройствах оптической обработки информации.

Научная новизна подученных результатов-

1. Предложены модели молекулярных систем, в которых нелинейная зависимость заселенностей состояний молекул от интенсивности оптического возбуждения определяется не насыщением их уровней, а обменом энергии электронного возбуждения с молекулами окружения.

2. Разработан метод расчета спектрально-кинетических и поляризационных характеристик твердых растворов сложных молекул с безызлуча-телышм индуктивно-резонансным переносом энерти электронного возбуждения на насыщающийся акцептор.

3. Показано, что в двухкомпонентных твердых растворах сложных органических молекул (донор — акцептор) безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения на насыщающийся акцептор обуславливает превышение значения предельной степени поляризации флуоресценции донора для данного типа молекул, рост степени поляризации флуоресценции донора при увеличении интенсивности возбуждения, а также немонотонность зависимости положения спектра флуоресценции молекул донора от частоты возбуждения в условиях неоднородного ушире-ния уровней энергии молекул.

4. Предложен механизм зависящего от интенсивности возбуждения концентрационного тушения флуоресценции, обусловленного безызлучя-

тельным переносом энергии элеюгронного возбуждения на образующиеся в растворе относительно долгоживущие акцепторы (роль которых выполняют молекулы, перешедшие в триплетное состояние), и проанализировано его проявление в энергетических и поляризационных характеристиках флуоресценции.

Практическая значимость полученных результатов.

Полученные результаты расширяют представления о влиянии безыз-лучательного переноса энергии электронного возбуждения на спектрально-кинетические и поляризационные характеристики люминесценции твердых растворов сложных органических молекул, а также могут использоваться при анализе, прогнозировании и оптимизации фотофизических характеристик различных молекулярных систем в поле мощной световой волны (лазерных сред, элементов для управления параметрами лазерного излучения, светотрансформаторов и др.). Предложенные модели молекулярных ансамблей на основе бихромофоров и трихромофоров являются основой для разработки новых светоуправляемых устройств для оптической обработки информации.

Результаты работы могут являться теоретической базой для проведения целого ряда экспериментальных исследований нелинейных характеристик люминесценции рассмотренных молекулярных систем с безызлуча-тельным переносом энергии, позволяющих установить как границы применимости предлагаемой теории, так и дать определенные рекомендации по создаиию конкретных оптических устройств.

Разработанный метод расчета спектрально-кинетических и поляриза-цио1П1Ых характеристик люминесценции твердых растворов сложных молекул с безызлучателышм переносом энергии может быть использован для .описания процессов в кристаллических и стеклообразных матрицах, активированных примесными центрами.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Модели и методы расчета спектрально-люминесцентных характеристик молекулярных систем, в которых нелинейная зависимость заселен-ностей состояний молекул от интенсивности оптического возбуждения определяется не насыщением соответствующих переходов, а обменом энергии электронного возбуждения с молекулами окружения.

2. В молекулярных ансамблях, включающих молекулу донора и одну или более молекул акцептора (молекула акцептора имеет высокую вероятность перехода в триплетное состояние), квантовый выход флуоресценции донора растет с увеличением интенсивности возбуждающего излучения (в диапазоне интенсивностей, далеких от интенсивностей насыщения синглетного перехода в доноре), и эта зависимость может быть приближенно описана степенной функцией с показателем, равным числу молекул в системе.

3. Для изотропных двухкомпонентных твердых растворов (донор — акцептор) сложных молекул и растворов бихромофоров в результате безыз-лучательного переноса энергии на насыщающийся акцептор значите степени поляризации флуоресценции молекул донора может возрастать при увеличении интенсивности возбуждения и превышать величину 0.5, а в условиях неоднородного уширения электронных уровней энергии молекул зависимость положения спектра флуоресценции молекул донора от частоты возбуждения становится немонотонной.

4. Безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения на образующиеся в растворе (химически идентичных центров) относительно долгоживущие акцепторы, роль которых выполняют молекулы, перешедшие в триплетное состояние, приводит к падению квантового выхода флуоресценции при увеличении интенсивности возбуждающего излучения и концентрации молекул, а также к зависимости степени поляризации флуоресценции от интенсивности возбуждения.

5. В полярных растаорах сложных молекул возможна шстерезисная зависимость оптических параметров системы (оптической плотности, интенсивности флуоресценции) от интенсивности возбуждающего света, обусловленная процессами межмолекулярной релаксации.

Личный вклад соискателя.

. Основные результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно. С. К. Горбацевич принимал участие в постановке задачи и обсуждении результатов исследований. И. М. Гулис принимал участие в обсуждении результатов.

Апробация рсзулштоа. диссертации-

Результаты работы докладывались на I и III Конференциях по лазерной физике и спектроскопии (Гродно, 1993, 1997 гг.), Международной конференции "An Optical Memory & Neural Networks" (Москва, 1994 г.), 1-ой Республиканской школе-семинаре "Основы синергетики" (Минск, 1994 г.), Международной конференции по люминесценции (Москва, 1994 г.), Международной научной конференции "Физика и химия органических люминофоров 95" (Харьков, 1995 г.), Международном симпозиуме по фотохимии и фотофизике молекул и ионов, посвященном 100-летию со дня рождения академика А. Н. Теренина (Санкт-Петербург, 1996 г.).

ОшФликрранность результатов-

Основные результаты работы опубликованы в 8 статьях и 4 тезисах докладов.

Структура и обкм.дисссртации.

Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, выводов и изложена на 131 странице машинописного текста, включая 34 рисунка и список использованных источников, содержащий 170 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Первая глава диссертации содержит обзор литературы. В ней кратко проанализированы имеющиеся в литературе данные по вопросам, связанным с решением задач, поставленных в работе, в частности, спектральные, поляризационные и временные характеристики люминесценции ансамблей сложных органических молекул с неоднородным уширением энергетических уровней, связанные с безызлучательным переносом энергии электронного возбуждения. Проанализированы закономерности в поляризации люминесценции молекул при двухфотонном возбуждении, а также особенности влияния процессов межмолекулярной релаксации на спектры активированных растворов. В конце главы обсуждаются перспективы использования ансамблей сложных орпишческих молекул в качестве сред для систем оптической обработки информации.

Во рторой главе проведено теоретическое исследование спектрально-кинетических и поляризационных характеристик молекулярных систем, состоящих из сложных органических молекул, соединенных химической связью. В качестве таких систем рассмотрены твердые неупорядоченные растворы бихромофоров и трихромофоров.

Теоретическая модель основана на следующих положениях. Считается, что молекулы, входящие в состав бихромофоров (трихромофоров), имеют независимые хромофорные системы, между которыми возможен индуктивно-резонансный безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения, а их спектральные характеристики позволяют различать молекулы донора и акцептора. Процедура расчета базируется на системах балансных уравнений относительно состояний данных молекулярных комплексов в целом — хромофоры в основном или в соответствующем возбужденном состоянии (например, для бихромофора таких состояний четыре — комбинации ¿¡>51; З^).

Проведено рассмотрение поляризационных характеристик флуоресценции твердого раствора бнхромофоров, в котором молекула донора обладает высоким квантовым выходом флуоресценции. Показано, что степень поляризации флуоресценции такого раствора при возбуждении линейно поляризованным светом зависит от интенсивности возбуждающего излучения и может превышать величину предельной степени поляризации флуоресценции раствора молекул донора при отсутствии молекул акцептора (которая полагалась равной 50 %). При больших константах скорости переноса и малых интенсивностях возбуждения степень поляризации близка к 2/3 и падает при увеличении интенсивности возбуждения. Превышение степени поляризации над 50 % обусловлено квадратичной зависимостью интенсивности флуоресценции раствора бнхромофоров от интенсивности возбуждения — первый поглощенный молекулой донора квант света переводит молекулу акцептора в возбужденное состояние ("выключает" перенос энергии электронного возбуждения в системе донор—акцептор), а только второй может вызвать испускание кванта света молекулой донора. Если молекулы акцептора имеют высокую вероятность перехода в долгоживущее триплетное состояние, то указанные зависимости могут наблюдаться при сравнительно малых интенсивностях возбуждения (~ мВт/см2). Рассмотрен случай, когда при возбуждении в полосе поглощения молекул донора некоторая часть световой энергии непосредственно поглощается молекулами акцептора. Показано, что с увеличением "самостоятельного" поглощения молекул акцептора эффект влияния акцептора на поляризационные характеристики флуоресценции донора снижается, что определяется слабой коррелированностью ориентаций осцилляторов переходов молекул донора и акцептора. Выполнены расчеты динамики изменения степени поляризации флуоресценции раствора бнхромофоров от времени.

Если хромофор молекулы донора может переходить в триплетное состояние, то для раствора таких бнхромофоров зависимость интенсивности

флуоресценции акцептора от интенсивности возбуждающего излучения (в полосе поглощения молекул донора) имеет немонотонный характер. Т. е. возможны варианты, когда происходит падение интенсивности флуоресценции с ростом возбуждения.

Проанализирована возможность использования твердых растворов таких молекулярных комплексов в качестве сред для динамической записи оптической информации. С этой целью теоретически исследованы параметры люминесценции твердого раствора трихромофоров (линейная структура, состоящая из трех молекул; "1—2—3", в которой происходит направленный перенос энергии "Г'->"2"->"3" в силу их спектральных различий). Продемонстрировано, что такой раствор позволяет реализовать запись оптической информации по следующей схеме. На транспарант, представляющий собой твердый раствор трихромофоров, воздействует оптическое излучение низкой интенсивности в полосе поглощения молекулы 1 (/,) с каким-то пространственным распределением интенсивности. В момент времени, когда необходимо запомнить это распределение, подается мощный световой поток в полосе поглощения молекулы 3 (73), равномерно засвечивающий весь транспарант. В результате будет происходить переход молекул 2 в трипдетное состояние, причем вероятность этого перехода будет определяться интенсивностью возбуждения в полосе поглощения молекулы 1 (/,). После выключения светового потока 1} интенсивность флуоресценции молекул 1 окажется пропорциональной интенсивности возбуждения /, в момент поДачи светового потока /3. Для считывания информации, которая была записана, весь раствор освещается пространственно однородным световым потоком, попадающим в полосу поглощения молекулы 1. При этом интенсивность люминесценции молекул 1 окажется выше для тех участков транспаранта, где интенсивность излучения /, была больше в момент подачи светового потока /3. Интенсивность считывающего излучения может быть достаточно большой, и при этом не происходит ис-

кажение записанной информации, в то время как интенсивность излучения, пространственное распределение которого необходимо запомнить, может быть мала.

В третьей главе проведено теоретическое исследование параметров люминесценции твердых растворов сложных молекул с безызлучательным переносом энергии при интенсивном возбуждении.

Рассмотрены двухкомпонентные твердые растворы (донор — акцептор) сложных органических молекул. Молекулы донора в этом растворе обладают высоким квантовым выходом флуоресценции, а молекулы акцептора имеют большую вероятность перехода в триплетное состояние (их квантовый выход флуоресценции близок к 0), таким образом молекулы акцептора выполняют роль "тушителя флуоресценции". Предложена процедура расчета параметров люминесценции таких растворов при больших нн-тенсивностях возбуждения. Т. е. рассмотрена задача тушения донора в результате переноса энергии электронного возбуждения на насыщающийся акцептор.

Проведен количественный расчет квантового выхода флуоресценции молекул донора в зависимости от интенсивности возбуждения для модельных систем — когда в ближайшем окружении молекулы донора находится фиксированное число молекул акцептора, на которые возможен безызлуча-тельный перенос энергии электронного возбуждения. Показано, что квантовый выход флуоресценции молекул донора возрастает при увеличении интенсивности возбуждающего излучения. Причем, чем больше молекул акцептора находится в ближайшем окружении донора, тем круче становится зависимость квантового выхода от интенсивности возбуждения. Проведен расчет квантового выхода флуоресценции молекул донора для двух-компонентного твердого раствора, в котором концентрация молекул акцептора много больше концентрации молекул донора (отсутствует перенос энергии электронного возбуждения между молекулами донора). Зависимость квангового выхода флуоресценции от интенсивности возбуждения

для такого раствора в качественном плане похожа на зависимости, полученные для модельных систем.

Проведен расчет степени поляризации флуоресценции молекул донора в зависимости от интенсивности возбуждения в полосе поглощения молекулы донора. Показано, что для таких растворов степень поляризации флуоресценции молекул донора зависит от интенсивности возбуждешш и может существенно превышать значение предельной степени поляризации для данного типа молекул.

Рассмотрено концентрационное самотушение в молекулярной системе, обусловленное переносом энергии электронного возбуждения на образующиеся в растворе относительно долгоживущие акцепторы, роль которых выполняют молекулы, перешедшие в триплетное состояние. Показано, что наличие безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения на полосу Т—Т-поглощения вызывает значительное тушение флуоресценции твердого раствора сложных молекул и приводит к тому, что зависимости интенсивности и квантового выхода флуоресценции от интенсив-нот: возбуждения приобретают немонотонный и нелинейный характер. По мере повышения концентрации молекул в таком растворе происходит концентрационная деполяризация. Однако с ростом интенсивности возбуждения степень поляризации флуоресценции твердого раствора молекул начинает расти. Причем, чем больше молекул—ловушек находится в ближайшем окружении донора, тем рост степени поляризации оказывается большим. При дальнейшем увеличении интенсивности возбуждения наблюдается падение степени поляризации флуоресценции. Однако при высоких интенсивностях возбуждения степень поляризации для растворов высокой концентрации может оказаться выше, чем для растворов гшзкой концентрации.

В четвертой ула^е проанализировано влияние безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения на насыщающийся акцептор в условиях неоднородного уширения уровней энергии донора на положение

спектров люминесценции молекул донора. Показано, что при увеличении интенсивности возбуждающего излучения спектр молекул донора существенно сдвигается. Причем при возбуждении на синем крае спектра поглощения увеличение интенсивности возбуждения приводит к сдвигу спектра флуоресценции в высокочастотную сторону, а при возбуждении на красном крае спектра поглощения молекул донора — в низкочастотную. Этот эффект обусловлен резко нелинейной зависимостью интенсивности флуоресценции молекул донора от интенсивности возбуждающего излучения, которая определяется многоквантовостью процесса флуоресценции молекул донора в данных условиях. Поэтому при возбуждении на синем (красном) крае спектра поглощения более низкочастотные (высокочастотные) центры будут давать существенно меньший вклад в суммарный спектр флуоресценции молекул донора, чем это имело бы место при независимости квантового выхода флуоресценции донора от интенсивности возбуждения. В результате наблюдаемый спектр испускания окажется более высокочастотным (низкочастотным). Таким обратом, зависимости положения центра тяжести спектров флуоресценции молекул донора от интенсивности возбуждающего излучения и от частоты возбуждения приобретают немонотонный характер.

Второй параграф главы посвящен теоретическому исследованию возможного гистерезисного отклика поглощения (или интенсивности флуоресценции) системы "сложная молекула — сольватная оболочка" на изменение возбуждающей интенсивности, обусловленного процессами межмолекулярной релаксации. Рассмотрен раствор сложных полярных молекул в полярном растворителе. Частота возбуждения выбиралась попадающей на красный край спектра поглощения молекул активатора, а время ориента-ционной релаксации — больше, чем время жизни молекулы в возбужденном состояниях. Тогда дая стационарного режима при низкой интенсивности возбуждения (т. е. когда время пребывания молекулы в возбужденном состоянии много меньше, чем в основном) растворитель будет успе-

вать возвращаться к с моему равновесному состоянию между актами поглощения света. При увеличении же интенсивности возбуждения может быть реализована ситуация, когда время пребывания молекулы в возбужденном состоянии окажется больше, чем в основном. В результате спектр поглощения молекулы сдвинется в красную сторону, что приведет к возрастанию интенсивности поглощения ("наползание" полосы поглощения на линию возбуждающего света). При уменьшении интенсивности возбуждающего излучения ("обратный ход") интенсивность поглощения раствора будет большей, чем при тех же значениях интенсивности возбуждения во время "прямого хода". Т. е. в ходе зависимости интенсивности флуоресценции (положения спектра поглощения, или испускания) активатора от интенсивности возбуждения будет наблюдаться гистерезис.

ВЫВОДЫ

1. Предложены модели молекулярных систем, в которых нелинейная зависимость заселен, гостей состояний молекул от интенсивности возбуждения определяется не насыщением соответствующих переходов, а обменом энергии электронного возбуждения с молекулами окружения, позволяющие реализовать протекание нелинейных процессов при низкой интенсивности возбуждающего светового поля.

2. Разработан метод расчета спектрально-кинетических и поляризационных характеристик твердых растворов сложных молекул с безызлучительным индуктивно-резонансным переносом энергии электронного воз-Суждения на насыщающийся акцептор.

а) Исследована зависимость степени поляризации флуоресценции твердого раствора бихромофоров и двухкомпоненгаых растворов молекул (донор — акцептор) от интенсивности возбуждения. Показано, что для таких растворов степень поляризации флуоресценции молекул донора зави-

сит от интенсивности возбуждения и может существенно превышать значение предельной степени поляризации для данного типа молекул.

б) В двухкомпонеетных твердых растворах в условиях неоднородного уширения уровней энергии молекул зависимость положения спектра флуоресценции от частоты возбуждения является немонотонной, причем характер изменения положения спектра зависит от интенсивности возбуждения и типа молекулярной системы.

3. Теоретически исследовано концентрационное самотушение в твердых растворах молекул, обусловленное безызлучательным переносом энергии электронного возбуждения на образующиеся в растворе относительно долгоживущие акцепторы, роль которых выполняют молекулы, перешедшие в триплетное состояние. Показано, что эффект самотушения проявляется при концентрациях молекул порядка 10~3—10~2 моль/л и приводит к зависимости степени поляризации флуоресценции от интенсивности возбуждения, вид которой определяется типом и концентрацией молекул.

4. Предложены физические модели молекулярных систем с нелинейным откликом на световое воздействие, которые могут быть использованы в устройствах оптической обработки информации. Показано, что:

• зависимость интенсивности флуоресценции растворов бихромофоров (молекула донора которого обладает высокой вероятностью перехода в триплетное состояние) от интенсивности возбуждающего излучения носит немонотонный характер — падение интенсивности флуоресценции при возрастании интенсивности возбуждения.

• система на основе трихромофоров позволяет реализовать функции записи оптической информации с применением двух световых потоков на разной частоте — записывающего и управляющего, который "разрешает" запись. При этом записывающий и считывающий световые потоки одного спектрального состава, причем считывающий световой поток не производит искажение записанной информации даже при интенсивностях,

на несколько порядков превосходящих интенсивность светового потока, которым была записана информация. « возможен гистереэисный отклик поглощения системы "сложная молекула — сольватная оболочка" на изменение возбуждающей интенсивности, обусловленный процессами межмолекулярной релаксации.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ РАБОТ

1. Сахарук С. А., Горбацевич С. К. Возможности использования ор-ганолюминофоров с переносом энергии в системах оптической обработки информации // Международная конференция "Современные проблемы лазерной физики и спектроскопии". Тез. докл. — Гродно, 1993. — С. 141— 142.

2. Сахарук С. А., Горбацевич С. К. Теоретическое исследование возможности использования бихромофоров в устройствах оптической обработки информации // ЖПС. - 1994. - Т. 60, N 5-6. - С. 416-420.

3. Сахарук С. А., Горбацевич С. К. Теоретическое исследование динамики люминесценции растворов трихромофоров // ЖПС. — 1994. — Т. 61, N 5-6. - С. 409-414.

4. Сахарук С. А., Горбацевич С. К. Теоретический анализ бистабиль-ного поведения спектров поглощения вязких растворов сложных молекул // Вестн. Белорус, ун-та. Сер. 1, Физ. Мат. Мех. — 1994. — N 3. — С. 7— 10.

5. Sakharuk S. A., Gorbatsevich S. К. То the question of dynamical recording of optical information in solid solutions of trichromophores // In Optical Memory & Neural Networks'94: Optical Memoiy, Andrei L. Mikaelian, Editor, Proc. SPIE. - 1994. - V. 2429. - P. 41-49.

6. Горбацевич С. К., Сахарук С. А. Теоретический анализ поляризационных характеристик люминесценции растворов сложных молекул при

переносе энергии на насыщающийся акцептор // Международная конференция по люминесценции. Тез. докл. Ч. 2. — Москва, 1994. — С. 124.

7. Горбацевич С. К., Сахарук С. А. Теоретический анализ поляризации люминесценции растворов бихромофоров при интенсивном возбуждении // Вест. Белорус, ун-та. Сер. 1, Физ. Мат. Мех. — 1995. — N 2. — С. 13-16.

8. Горбацевич С. К., Сахарук С. А. Особенности спектрально-кинетических характеристик люминесценции растворов сложных молекул при переносе энергии на насыщающийся акцептор в условиях неоднородного уширения электронных уровней энергии // Международная научная конференция "Физика и химия органических люминофоров 95". Тез. докл. — Харьков, 1995. — С. 33.

9. Горбацевич С. К., Сахарук С. А. Поляризация люминесценции твердых растворов сложных органических молекул при переносе энергии электронного возбуждения на насыщающийся акцептор // ЖПС. — 1996. -Т. 63, N1.-С. 113-119.

10. Горбацевич С, К., Сахарук С. А. Люминесценция растворов сложных молекул при переносе энергии электронного возбуждения на насыщающийся акцептор в условиях неоднородного уширения электронных уровней энергии // Международный симпозиум по фотохимии и фотофизике молекул и ионов, посвященный 100-летию со дня рождения академика А. Н. Теренина. Тез. докл. Т. 1. — Санкт-Петербург, 1996. — С. 115.

11. Горбацевич С. К., Сахарук С. А. Люминесценция растворов сложных молекул при переносе энергии электронного возбуждения на насыщающийся акцептор в условиях неоднородного уширения электронных уровней энергии // ЖПС. - 1997. - Т. 64, N 2. - С. 164-168.

12. Горбацевич С. К., Гулис И. М., Сахарук С. А. Концентрационное самотушение в твердых растворах сложных органических молекул при интенсивном возбуждении // ЖПС. — 1997. - Т. 64, N 6. — С. 729-733.

РЕЗЮМЕ Сахарук Сергей Адамович Нелинейные характеристики люминесценции ансамблей сложных органических молекул, обусловленные безыхтучателъным переносом энергии электронного возбуждения

Ключевые слова: люминесценция, безызлучателышй перенос энергии, квантовый выход флуоресценции, поляризация флуоресценции, тушение флуоресценции, спектры флуоресценции, нелинейные явления, бихромофор, трихро-мофор, оптическая запись информации.

Целью работы являлась разработка физических моделей молекулярных систем, позволяющих реализовать сложный нелинейный отклик на внешнее световое воздействие, обусловленный безызлучательным переносом энергии электронного возбуждения (БПЭ ЭВ); изучение спектрально-кинетических и поляризационных характеристик люминесценции такого рода объектов.

В работе предложены модели молекулярных систем, в которых нелинейная зависимость заселенностей молекул от интенсивности возбуждения определяется не насыщением их уровней, а обменом энергии электронного возбуждения с молекулами окружения. Разработан метод расчета спектрально-кинетических и поляризационных характеристик твердых растворов сложных молекул с БПЭ ЭВ на насыщающийся акцептор. Показано, что в таких системах возможны варианты, когда степень поляризации флуоресценции донора возрастает с увеличением интенсивности возбуждения и может превышать значение предельной степени поляризации для данного типа молекул, а зависимости положения спектра флуоресценции молекул донора от частоты возбуждения в условиях неоднородного ушире-ния уровней энергии молекул приобретают немонотонный характер. Установлено, что БПЭ ЭВ на образующиеся в растворе относительно долгожи-вущие акцепторы (роль которых выполняют молекулы, перешедшие в три-плетное состояние) вызывает значительное тушение флуоресценции твердых растворов сложных молекул. Предложена физическая модель шетере-зисного отклика системы "сложная молекула — сольватная оболочка" на изменение возбуждающей интенсивности, обусловленного процессами межмолекулярной релаксации.

Результаты работы могут использоваться при анализе, прогнозировании и оптимизации фотофизических характеристик различных молекулярных систем в поле мощной световой волны.

SUMMARY Sakharuk Seigey Adamovich Nonlinear Luminescence Characteristics of Complex Molecule Ensembles Caused by the Nonradiative Electronic-Excitation Energy Transfer

Key words: luminescence, radiationless energy transfer, quantum fluorescence yield, fluorescence polarization, fluorescence quenching, fluorescence spectra, nonlinear phenomena, bichromophore, trichrvmophore, optical data recording.

The principal object of this work is to develop physical models for molecular systems making it possible to realize a complex nonlinear response to the external effect of light caused by the nonradiative electronic-excitation energy transfer (NEEET); to study spectral-kinetic and polarization luminescence characteristics of such object.

The models are proposed for the molecular systems, where the nonlinear dependence of molecular populations on the excitation intensity is determined by the electronic-excitation energy interchange with the surrounding molecules rather than by saturation of their levels. The calculation procedure for spectral-kinetic and polarization characteristics of solid solutions molecules with NEEET to the saturable acceptor has been elaborated. It has been demonstrated that in such systems the variants are possible, when the'fluorescence polarization extent of a donor is increased with the increasing excitation intensity and may be greater than the ultimate polarization extent for molecules of this type, whereas the relationships between the position of fluorescence spectrum for donor molecules and the excitation frequency in conditions of inhomogeneously broadened energy levels are nonmonotonic in nature. It has been found that NEEET to relatively long-living acceptor (the role of which is played by the molecules in a triplet state) formed in the solution results in considerable fluorescence quenching in solid solutions of complex molecules. A physical model has been developed for a hysteresis response of the system "complex molecule — solvation shell" to a change in the excitation frequency that is due to the processes of intermolecular relaxation.

The results obtained may be applied in analysis, prediction and optimization of photophysical characteristics for various molecular systems in the field of a strong light wave.

РЭЗЮМЕ Сахарук Сяргеи Адамав^ч Иел'шейныя характарыстык» люмшесцэнцьп ансамбляу складаных аркнпчных молекул, абумоуленыя безвыпраменьвалыгьш пераносам энергн электроннага узбуджэння

Ключавыя аговы: люмшеафпцш, безоыпрамепьвапьиы перенос зпергИ, кваитавы выход флуарэсцэпцы/, палярызацыя флуарэсцэпцы/, тушзппе флуарэсцэпцы/, спектры флуарэсцэпцы/, иеяшейпыя з'явы, бссрамафор, трыхрама-фор, аптычны затс /нфармацы!.

Мэтай работы з'яулялася распрацоука ф1з1чных мадэляу молекулярных асгэм, што дазволяць рэашзаваць складаны нелшейны поД1~ук на знешняе светлавое уздзеянне, абумоулены безвыпраменъвалышм пераносам энергн электрошгага узбуджэння (БПЭ ЭУ); вывучэшге спектральпа-юнетычных и палярызацыйных характарыстык люмшесцэнцьп такога роду аб'ектау.

У рабоце прапанаваны мпдэл1 молекулярных «стэм, у яюх нелшейная залежнасць населенасцей малекул ад штэнаунасщ узбуджэтш вызначаец-ца не насычэннем ¡х узроуняу, а абменам энергн электроннага узбуджэння з мaлeкyлaмi ахружэння. Распрацаваны метод разлжу спектральна-кшетычных и палярызацыйных характарыстык цвердых растворау складаных малекул з БПЭ ЭУ на насычальны акцэптар. Паказана, што у таюх Ыстэмах магчымы вг.рыянты, кал1 ступень палярызацьп флуарэсцэнцьн до-нара узрастае з павел1чэинем пггэнаунасш узбуджэння 1 можа перавышаць значэнне гратчнай ступеш палярызацьп для дадзенага тылу малекул, а за-лежнасщ становпича спектра флуарэсцэнцьн малекул донара ад частаты узбуджэння ва умовах неаднароднага пашырэння узроуняу энергн малекул набываюць неманатонны харакгар. Установлена, што БПЭ Э^ на утвора-ныя у растворы адносна доугажывучыя акцэптары (ролю яюх выконваюць малекулы, перайшоушыя у трыплетны стан) выклнсае значнае тушэнне флуарэсцэнцьн цвердых растворау складаных малекул. Прапанавана ф1з!ч-ная мадэль псцерэзюнага водгуку «стэмы "складаная малекула — сальват-пая пбалонка" на змену узбуджальнай шгэнаунасщ, абумоуленага пра-цэсам! м1жмалекулярнай рэлаксацьп.

Вышм работы могуць выкарыстоувацца пры анализе, прагназаванш ! япгымпацьн фотаф1Э1Чных характарыстык розных малекулярных Ыстэм у пол! магугнай спетлавой хвали

Сахарук Сергей Адамович

Нелинейные характеристики люминесценции ансамблей сложных органических молекул, обусловленные беэыалучательным переносом энергии электронного возбуждения

Подписано к печати /9 . О£ . 1998 г. Формат 60x90/16. Тираж 100 экз. Заказ 3& . Отпечатано на ротапринте Белорусского государственного университета. 220050, Минск, ул. Бобруйская, 7.