Akadēmiskais centrs
Projekta nosaukums: Research of highly excited electronic states in heteronuclear alkali-metal diatomic molecules
Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/1/16/068
Projekta sadarbības partneri (ja ir): Institut Lumière Matière. Institut Lumière Matière spektroskopijas grupai ir uzkrāta liela pieredze lāzeru spektroskopijas un it sevišķi sārmu metālu dimēru pētniecības jomās, kā arī iepriekš MOLPOL laboratorijai ir bijusi veiksmīga sadarbība ar šo pētnieku grupu.
Projekta īstenošanas termiņš: 36 mēneši
Projekta kopējais finansējums, LU daļa: kopējais projekta finansējums 133806.00€ no tiem no LU bāzes finansējuma centralizētajiem līdzekļiem - 5% jeb 6690.30€
Projekta mērķis: Šī projekta mērķis būs sajauktu, ierosinātu elektronisko stāvokļu izpēte heteronukleārās sārmu metālu molekulās. Pētījums tiks balstīts uz lāzer inducētās fluorescences augstas izšķiršanas spējas Furje transformācijas spektru reģistrēšanu un apstrādi.
Projekta sagaidāmaie rezultāti: Rezultātā tiks iegūti sistemātiski dati par ierosināto elektronisko stāvokļu rovibronisko līmeņu struktūru plašā kvantu skaitļu un enerģijas diapazonā ar precizitāti labāku kā 0.01 apgrieztie centimetri. Iegūtā informācija tiks apstrādāta izmantojot deperturbāciju analīzi, kuras rezultātā tiks izveidots modelis, kas spēs aprakstīt stāvokļu rovibronisko struktūru ar eksperimentālo precizitāti.
Laika periodā no 01.11.2017 līdz 31.01.2018 tika veikta eksperimenta plānošanas un sagatavošanas daļa, kurā tika pieņemts lēmums RbCs augstāko ierosināto stāvokli (41Π) pētīt izmantojot divu lāzeru ierosmi un novērot lāzeru inducēto fluorescenci (LIF) pārejā 41Π→X1Σ. Kā starpstāvoklis 41Π stāvokļa ierosmei tika izvēlēts nesen Lāzeru Centrā izpētītais A1Σ-b3Π veidotais komplekss. Kā ierosmes avots tika izvēlēti divi infrasarkanie lāzeri, kas spēja nodrošināt nepieciešamo starojumu 10000 līdz 11000cm-1 robežās.
Eksperimentālā shēma tika veidota tā, lai abu lāzeru stari pārklātos siltuma caurules centrā un to diametri pārklāšanās vietā būtu aptuveni 1,5-2mm. Optimālie staru diametri tika noskaidroti empīriskā ceļā, veicot mērījumus pie nemainīgām lāzeru frekvencēm, bet izmainot tikai staru diametrus. RbCs molekula atradās nerūsējošā tērauda siltuma caurulē, kas tika karsēta līdz 310oC.Spektri tika reģistrēti ar augstas izšķiršanas spējas spektrometru Bruket IFS-125HR. Rezultātā tika reģistrēti 129 RbCs lāzeru inducētās fluorescences augstas izšķiršanas spējas Furje transformācijas spektri pārejās 41Π→X1Σ un A1Σ+-b3Π→X1Σ.
Lai iegūtos spektrus būtu iespējams interpretēt, tiem nepieciešams veikt priekšapstrādi, kuras laikā tiek precizētas līniju pozīcijas. Pašlaik uzsākta priekšapstrādē sagatavoto spektru tālāka analīze ar dažādu datorprogrammu palīdzību, lai veiktu spektrālo līniju identifikāciju un noskaidrotu ierosinātā stāvokļa enerģiju, kā arī svārstību un rotācijas kvantu skaitļus.
Laika periodā no 01.02.2018 līdz 30.04.2018 veicot iepriekš iegūto spektru identificēšanu tika secināts, ka iegūtais eksperimentālo termu vērtību datu lauks vienmērīgi neaprakstīts svārstību un rotācijas līmeņus visā plānotajā diapazonā, kas savukārt varētu traucēt datu teorētisko apstrādi un sekmīgu modeļa izveidi. Lai šo trūkumu novērstu pieņēmu lēmumu veikt papildus Furje transformācijas spektru reģistrāciju 41Π→A1Σ pārejā izmantojot iepriekš nelietotas ierosmes frekvences. Tāpat, kā iepriekš, 41Π elektroniskā stāvokļa ierosmei izmantoju divu lāzeru ierosmi un novēroju lāzeru inducēto luminiscenci pārejā 41Π→X1Σ. Kā starpstāvoklis 41Π stāvokļa ierosmei arī šoreiz tika izvēlēts iepriekš labi izpētītais A1Σ-b3Π veidotais komplekss.
Eksperimentālā shēma tika pilnveidota uzlabojot sistēmas optiskos elementus, bet pētāmo molekulu radīšanai izmantoju jau iepriekš lietoto siltuma cauruli, kurā uzsākot eksperimentu tika ievietoti 5 grami rubīdija un 10 grami cēzija. Tērauda siltuma caurule tika karsēta līdz 310oC. Spektri tika reģistrēti ar augstas izšķiršanas spējas spektrometru Bruket IFS-125HR.
Iegūtajiem spektriem tika veikta priekšapstrāde un izlases kārtībā izvēlētu spektros esošo pāreju identifikācija liecina, ka trūkstošais termu vērtību diapazons tiks aizpildīts. Apstrādāti 90% no iegūtajiem spektriem un turpinās šo spektru apstrāde.
Līdz šim iegūtie rezultāti tika prezentēti divās konferencēs, 02.02.2018 Latvijas Universitātes 76. konferencē, "Lāzeru centra pētījumi kvantu un nanotehnoloģiju, kā arī astrofizikas, virzienos" sekcijas sēdē ar nosaukumu "RbCs molekulas (4)1Pi elektroniskā stāvokļa izpēte izmantojot divpakāpju lāzeru ierosmi: analīze un potenciāla konstruēšana", kā arī 14. starptautiskajā jauno zinātnieku konferencē "Developments in Optics and Communications", kas norisinājās no 12.-14. aprīlim Rīgā ar nosaukumu "Spectroscopic study of the (4)1Π state of RbCs molecule by laser induced fluorescence".
No 23.04. līdz 27.04 atrados komandējumā Lionā, Francijā, kur Institut Lumière Matière laboratorijā, kur pētnieces Amandas Ross vadībā iepazinos ar šajā laboratorijā izmantoto eksperimentālo iekārtu sārmu metālu molekulu pētīšanai, piedalījos eksperimentālās iekārtas uzstādīšanā un guvu vērtīgas atziņas eksperimentālās iekārtas uzlabošanai MOLPOL laboratorijā.
Laika periodā no 01.05.2018. līdz 31.07.2018. turpināju iepriekš iegūto, kā arī jauniegūto spektru apstrādi. Visi spektri tāpat, kā iepriekš iegūti RbCs molekulas mērījumos 41Π→A1Σ elektroniskajās pārejās. Šajā ceturksnī visu iegūto spektru apstrāde tika pabeigta un iegūtās termu enerģiju un svārstību rotācijas kvantu skaitļu vērtības apkopotas. Pirms iegūto rezultātu nodošanas teorētiskai apstrādei, veicu datu lauka pārbaudi, pārskatot acīmredzami “izlecošu” punktu tos atkārtoti apskatot. Pēc sagatavošanas, dati tika nosūtīti A. Stoļarovam uz Maskavas Valsts Universitāti teorētiskai apstrādei.
Kamēr norisinājās datu teorētiskā apstrāde, veicu uzlabojumus eksperimentālajā iekārtā, balstoties uz komandējuma laikā, Lionā iegūtajām zināšanām.
Pēc sākotnējas termu vērtību teorētiskās apstrādes veicu teorētiski apstrādāto vērtību pārbaudi. Termu vērtības, kuras teorētiski nebija iespējams labi aprakstīt tika pārbaudītas un atkarībā no spektrālo līniju kvalitātes koriģētas, dzēstas vai atgrieztas teorētiskā modeļa uzlabošanai.
Par pētījumu sagatavots stenda referāts, kas prezentēts 50 The European Group on Atomic Systems (EGAS 50) konferencē, kas norisinājās no 9.-13. jūlijam Jagaiļa universitātē, Krakovā, Polijā. Referāta nosaukums “Fourier transform study of the RbCs (4)1Π state using the two-step Ti:Saphire laser excitation”. Papildus šim stenda referātam sagatavots arī referāts ar nosaukumu “Fourier-transform study of the A1Σ+u~b3Πu→X1Σ+g laser induced fluorescence spectra and deperturbation analysis of the spin-orbit coupled A∼b complex of Cs2 dimer”.
Uzsākta publikācijas sagatavošana par RbCs (4)1Π stāvokļa pētīšanu.
Laika periodā no 01.08.2018 līdz 31.10.2018 tika veiktas sekojošas darbības: Augustā turpināts darbs pie publikācijas par RbCs (4)1Π stāvokļa pētīšanu, kas turpinājās arī septembrī, kad veicu pēdējās izmaiņas, kas tika saskaņotas ar publikācijas līdzautoriem. Oktobra sākumā sagatavoti visi nepieciešamie materiāli publikācijas iesniegšanai un publikācija "Fourier-transform spectroscopy, direct-potential-fit, and electronic structure calculations on the entirely perturbed (4)1Π state of RbCs" iesniegta žurnālā Physical Review A (Q1).
Augustā turpināts arī eksperimentālais darbs pie Cs2 molekulas A-b kompleksa izpētes, novērojot A1Σ+u~b3Πu→X1Σ+g elektroniskās pārejas. Iegūtie rezultāti bija apmierinoši, tādēļ pieņemts lēmums eksperimentālos mērījumus vairs neturpināt, bet pastiprināti pievērsties iegūto spektru apstrādei un interpretācijai. Spektru apstrāde un iegūto datu interpretācija un apkopošana turpinājās arī septembrī un oktobrī.
Sākot no Septembra beigām uzsāku sagatavošanos eksperimentu sērijai, kas plānota KCs molekulas ierosināto stāvokļu pētīšanai, kā laikā nodarbojos ar Coherent 699 krāsvielu lāzera pielāgošanas KCs ierosināto stāvokļu pētniecībai, kas iekļāva ķimikāliju sagatavošanu un jaunas krāsvielas sagatavošanu.
Laika periodā no 01.11.2018 līdz 31.01.2019 tika veiktas sekojošas darbības: Novembrī veicu redakcijas pieprasītos precizējumus un labojumus publikācijai "Fourier-transform spectroscopy, direct-potential-fit, and electronic structure calculations on the entirely perturbed (4)1Π state of RbCs"
Turpinājās arī iepriekš iegūto Cs2 molekulas spektru apstrāde un interpretācija. Veikts papildus eksperimentālais darbs pie Cs2 molekulas A-b kompleksa izpētes, novērojot A1Σ+u~b3Πu→X1Σ+g elektroniskās pārejas.
Lai paaugstinātu gēnerēto lāzera jaudu, veicu krāsvielas atkārtotu maiņu Coherent 699 krāsvielu lāzeram un strādāju pie frekvences stabilizācijas nodrošināšanas. KCs molekulas ierosmei izmēģināju paštaisīto diožu lāzeru ierosmi.
Decembrī iegūtais Cs2 molekulas datu lauks tika apkopots un nosūtīts teorētiskai apstrādei, deperturbāciju modeļa izveidei kolēģiem no Maskavas Valsts Universitātes.
Uzsāku frekvenci dubultojošā lāzera "Toptica SH-110" pumpējošās lāzerdiodes nomaiņu un regulāciju, kam sekoja barošanas avota maiņa, jo ilglaicīgās dīkstāves dēļ radās kļūda elektroniskajā shēmā. Pozitīva rezultāta gadījumā, šo lāzeru būtu iespējams izmantot, lai paplašinātu potenciāli izpētāmo apgabalu KCs molekulai.
Decembra beigās sākām laboratorijas iekārtu konservēšanu un sagatavošanu pārvietošanai uz jaunajām telpām Jelgavas ielā 3.
Janvārī turpinājās laboratorijas iekārtu konservēšana un sagatavošana pārvietošanai uz jaunajām telpām un janvāra laikā visas tālākajam darbam nepieciešamās iekārtas tika pārvestas, bet darbību atjaunot putekļaino būvdarbu dēļ, kas varētu nodarīt neatgriezeniskus bojājumus smalkām optiskām iekārtām, vēl neizdevās.
Laika posmā no 01.02.2019-30.04.2019 tika veiktas sekojošas darbības: Februārī iesākta laboratoriju tīrīšana un pārvesto iekārtu uzstādīšana. Joprojām laboratorijās notika epizodiski būvniecības defektu novēršanas darbi, kas traucē atsākt pilnīgu darbību. Labā ziņa, ka Bruker IFS 125HR spektrometra pārvešanai un uzstādīšanai jaunā vietā tika piesaistīti ražotāja speciālists, kas darbu sadarbībā ar mani paveica daudz ātrāk, kā plānots. Tāpēc radās iespēja veikt padziļinātu apmācību par spektrometra uzbūvi un darbības principiem laboratorijā strādājošajiem jaunajiem speciālistiem. Turpinājās darbs Cs2 molekulas A-b kompleksa datu punktu izcelsmes pārbaude vērtībām, kas spēcīgi atšķiras no modelī iegūtajām.
Martā turpinājās laboratorijas iekārtošana un KCs ierosināto stāvokļu izpētei nepieciešamo lāzeru justēšana.
Cs2 molekulas A-b kompleksa datu punktu izcelsmes pārbaude vērtībām, kas spēcīgi atšķiras no modelī iegūtajām ir pabeigta un aizsākts darbs pie publikācijas.
Aprīlī tika secināts, ka diemžēl visi mēģinājumi panākt krāsvielu lāzeru (Coherent 696) ģenerāciju pēc pārvākšanās ir bijuši neveiksmīgi, līdz ar to pašlaik esmu spiests atlikt KCs stāvokļu izpēti līdz jaunu ķimikāliju vai lāzera piegādei.
Turpinās darbs pie Cs2 molekulas A-b kompleksa publikācijas gatavošanas.
Laika posmā no 01.04.2019-31.07.2019 tika veiktas sekojošas darbības: Aprīlī turpināju darbu pie publikācijas par Cs2 molekulas izpēti. Jūnijā raksts tika iesniegts žurnālā Physical review A ar nosaukumu "Fourier transform spectroscopy, relativistic electronic structure calculation, and coupled-channel deperturbation analysis of the fully mixed A1Σ+u and b3Πu states of Cs2".
Jūnijā tika saņemts jauna firmas M Squared titāna safīra lāzeru sistēma (Solstis un Equinox), kas ļāva atsākt darbu pie KCs molekulas ierosināto stāvokļu izpētes. Tika veiktas vairākas eksperimentu sērijas un uzsākta datu apstrāde.
Laikā no 20.05.2019-02.06.2019 un 22.07.2019-31.07.2019 atrados atvaļinājumā.
Laika posmā no 01.08.19 līdz 31.10.19 tika veiktas sekojošas darbības:
Augustā, septembrī un oktobrī tika veikti recenzentu norādītie labojumi iesniegtajai publikācijai "Fourier transform spectroscopy, relativistic electronic structure calculation, and coupled-channel deperturbation analysis of the fully mixed A1Σ+u and b3Πu states of Cs2 ", kas publicēta 17.10. (https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.100.042507)
Augustā turpinot datu apstrādi, secināju, ka jau iegūtos spektrus var izmantot KCs molekulas B1Π un c3Σ+ elektronisko stāvokļu izpētē. Septembrī un oktobrī veiktie papildus eksperimenti bez atgrūšanās daļas, daļēji tika koncentrēti arī uz papildus termu vērtību iegūšanu abiem iepriekšminētajiem stāvokļiem. Oktobra beigās secināju, ka iegūto spektru intensitāte ir jūtami kritusies, tādēļ izveidoju organiskā stikla cimdu kasti, kurā inertas gāzes atmosfērā varētu papildināt esošo siltuma cauruli ar jauniem metāliem samazinot to zudumus oksidācijas dēļ, kā arī izņemt no siltuma caurules tajā esošās stikla ampulas.
Laikā no 01.08.2019-04.08.2019, 19.08.2019-01.09.2019 un 23.09.2019-06.10.2019 atrados atvaļinājumā.
Laika posmā no 01.11.19 līdz 31.01.20 tika veiktas sekojošas darbības:
Novembrī papildinājām siltuma cauruli ar 5 gramiem cēzija, bet pēc divu nedēļu mērījumiem secinājām, ka iegūto spektru intensitāte atkal ir jūtami kritusies. Lai turpinātu darbu, pieņēmu lēmumu siltuma cauruli atjaunot. Procesā, tā tika mazgāta, pārbaudīti vakuuma savienojumi un testēts vakuums, siltuma cauruli pakļaujot vairākkārtējam uzkarsēšanas/atdzesēšanas ciklam un mērot izmaiņas iekšā esošajā spiedienā. Decembrī noslēdzās siltuma caurules tests, bet tā kā nebija pilnīgas pārliecības par vakuuma noturību, caurulē ievietojām tikai kāliju. Janvārī veicām vairākas eksperimentu sērijas kālija ierosināto stāvokļu pētīšanai.
Paralēli eksperimentu sagatavošanai un veikšanai, veicu iegūto spektru apstrādi un gatavoju publikāciju.
Laika posmā no 01.02.2020-30.04.2020 turpināju mērījumus atjaunotajā K2 siltuma caurulē. Mērījumus veicu sistemātiski palielinot Ti:Saph lāzera (M Squared "SolsTis") viļņa garumu, lai nosegtu vēl neizpētīto enerģijas diapazonu. Marta sākumā tika aizpildīti vēl palikušie K2 pētāmā elektroniskā stāvokļa enerģijas "logi" un pēc daļējas spektru apstrādes rezultāti nodoti teorētiķiem. No marta vidus līdz aprīļa beigām darbs tika veikts maksimāli attālināti, kas nozīmēja, ka pastiprināta uzmanība tika pievērsta spektru apstrādei un publikācijas sagatavošanai.
Laika posmā no 01.05.2020-31.07.2020 veicu RbCs molekulas A1Σ+~ b3Π -->a3∑+/X1∑+ pāreju izpēti , jo maija sākumā saņemu ziņu no teorētiķiem, ka K2 izpētes teorētiskā daļa ir jāatliek uz nenoteiktu laiku, bet RbCs ir iespējams veikt nekavējoties. Vaicu jau iepriekš iegūto spektru papildus apstrādi un papildus mērījumus un rezultāti tika nodoti teorētiskai apstrādei. Rezultātā 23. jūlijā žurnālā Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer iesniegta publikācija ar nosaukumu "The branching ratio of intercombination A1Σ+ ~ b3Π -> a3Π+ / X1Σ+ transitions in the RbCs molecule: measurements and calculations".
Laika posmā no 01.08.2020-31.10.2020 darbojos pie recenzentu norādītajiem publikācijas labojumiem. Tika sagatavoti, redakcijas pieprasītie papildus faili un iesniegti atkārtotai vērtēšanai. Žurnālā Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer iesniegto publikāciju ar nosaukumu "The branching ratio of intercombination A1Σ+~ b3Π -> a3Π+ / X1Σ+ transitions in the RbCs molecule: measurements and calculations" apskatāma saitē doi.org/10.1016/j.jqsrt.2020.107291 . Paralēli tika veikta eksperimentālo iekārtu apkope un sagatavošana nākamajiem projektiem.
25.09.2020 ar populārzinātnisku publikāciju par projektā paveikto, piedalījos pasākumā "Zināšanu Agora", kas norisinājās Latvijas Universitātes tehnoloģiju dienas ietvaros. Pēc pasākuma Tiku intervēts un publikācija tiks publicēta Latvijas Universitātes mājas lapā.