LU pētnieks Artis Krūziņš pēta atomu svārstības ar lāzeru apstarotās sārmu metālu molekulās

LU FMOF Lāzeru centra pētnieks, fizikas doktors Artis Krūziņš gandrīz trīs gadus strādā pie pētījuma, kura laikā pēta sārmu metālu divatomu molekulu uzbūvi un svārstību rotācijas kvantu skaitļu struktūru dažādos elektroniskajos līmeņos.

“Ar sārmu metālu molekulām LU FMOF Lāzeru centrā ir strādāts ilgstoši un uzkrāta liela pieredze,” piebilst pētnieks. Sārmu metālu, tajā skaitā pētījumā izmantoto rubīdija cēzija (RbCs) un cēzija (Cs2), molekulas sastāv no diviem atomiem, starp kuriem ir savstarpēji elektroniski pievilkšanās-atgrūšanās spēki. “Papildus tam, šie atomi savstarpēji rotē viens ap otru un svārstās, radot papildus svārstību un rotācijas līmeņus,” stāstījumu ievada jaunais zinātnieks.

Fluarescenci, kas rodas siltumcaurullē ievietotas molekulas apstarojot ar lāzera starojumu, reģistrē ar spektometru, iegūstot spektrus. Pirms tos analizēt ar dažādu datorprogrammu palīdzību, tiek veikta priekšapstrāde, precizējot līniju pozīcijas un rezultātā iegūstot grafikus. Grafikos redzamās līnijas rodas elektroniem no augstāka līmeņa atgriežoties pamata stāvoklī un izstarojot fotonu.

Artis stāsta, ka, noskaidrojot, starp kādiem līmeņiem, šī pāreja ir notikusi, var uzzināt par procesiem molekulā. Viena elektroniskā līmeņa izpētei var būt jāuzņem pat vairāki simti šāda veida spektru, no kuriem katrs var saturēt vienu vai vairākas progresijas – pārejas, no kāda augstāka elektroniskā līmeņa uz zemāku. Mērījumu rezultātā jāiegūst pēc iespējas vairāk svārstību/rotācijas kvantu skaitļu kombinācijas.  Viena spektra uzņemšana var aizņemt no 20 minūtēm līdz pat dažām stundām.

Iegūtie rezultāti tālāk tiek nodoti zinātniekiem no M. Lomonosova Maskavas Valsts universitātes, Ķīmijas fakultātes A. Stolyarovs grupas, kas tos analizē un veic aprēķinus. Izmantojot iegūtus datus var aprēķināt mijiedarbības elementus un dažādas līknes, kuras tālāk palīdz teorētiski aprēķināt gan pārejas varbūtību starp dažādiem līmeņiem, gan arī enerģijas līmeni konkrētam svārstību/rotācijas kvantu skaitlim.

Pētījuma gaitā ir izpētītas vairākas molekulas (RbCs, Cs2), vairāki elektroniskie stāvokļi un iegūti teorētiskie aprēķini, kas ļauj reproducēt stāvokļu enerģētiku ar eksperimentālo precizitāti, kā arī veikt simulācijas starp dažādiem līmeņiem.

“Konkrētais pētījuma projekts ir noslēdzies, bet no fizikas  viedokļa darba vēl ir ļoti daudz!” rezumē jaunais fiziķis, paskaidrojot, ka pētījuma turpinājumam būtu jāizvēlas citi elektroniskie stāvokļi, jāuzlabo eksperimentālās shēmas un jāuzsāk jaunu eksperimentu veikšana. “Daļa no tā jau notiek!”.

Lai arī pētījums ir fundamentāls un nerod tiešu praktisku pielietojumu, pastarpināts pielietojums tam saredzams saistībā ar augstajām molekulām: “Pētījuma rezultāti var tikt izmantoti šo molekulu iegūšanas metožu efektivitātes uzlabošanai, kā arī, lai aprēķinātu jaunus, vēl neizmantotus, molekulu iegūšanas ceļus. Šīs molekulas var tikt izmantotas, kā biti kvantu datoros” skaidro A. Krūziņš.

Pētījums „Ierosinātu elektronisko stāvokļu pētījumi sārmu metālu molekulās” izstrādāts LU FMOF Lāzeru centrā, pieredzes apmaiņā sadarbojoties ar Institut Lumière Matière, Lionā, Francijā. Tiešāka sadarbība īstenojusies ar M. Lomonosova Maskavas Valsts universitātes, Ķīmijas fakultātes A. Stolyarova pētnieku grupu, kas veica teorētiskos aprēķinus ar pētījuma eksperimentālajā daļā iegūtajiem datiem.

Pētījuma rezultāti prezentēti četrās starptautiskās konferencēs un aprakstīti trīs publikācijās, no kurām divas publicētas zinātniskajā izdevumā Physical Review A  un viena Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.

Pētījums ticis izstrādāts Eiropas Reģionālā attīstības fonda specifiskā atbalsta mērķa 1.1.1.2. pasākuma “Pēcdoktorantūras pētniecības atbalsts” (projekta Nr. 1.1.1.2/16/I/001) projekta pētniecības pieteikuma Nr. 1.1.1.2/VIAA/1/16/068  “Research of highly excited electronic states in heteronuclear alkali-metal diatomic molecules” ietvaros.

25. septembra pēcpusdienā LU telpās jau otro gadu pēc kārtas norisinājās atklājumu un inovāciju pasākums “LU Jauno tehnoloģiju un inovāciju diena”, kur vienuviet satikās gan mundrākie pētnieku prāti, gan inovatīvāko ideju autori. Ievērojami liels LU pētnieku skaits piedalījās “Zināšanu agorā”, kas bija viena no nozīmīgākajām pasākuma daļām.

“Zināšanu agora” bija iespēja pētniekiem 6 minūšu laikā iepazīstināt un ieinteresēt plašāku sabiedrības loku ar nesen veiktu vai jau sāktu inovatīvu pētījumu tehnoloģiju, dažādu procesu un dzīves kvalitātes uzlabošanas jomā.

Šogad “Zināšanu agorā” izskanēja teju 60 dažādi pētījumi, kas aktualizēja jautājumus par mikroorganismu kolekcijas attīstību, Saules sistēmu, nanomateriāliem, bioekonomiku, magnētiskiem paātrinātājiem, materiālu atmiņu, gēnu datiem, kā arī par risinājumiem demogrāfijas, dažāda veida izglītības, lingvistikas, ekosistēmas un medicīnas jomās.