Физики ТПУ составили точный спектроскопический «паспорт» силана

Физики Томского политехнического университета в сотрудничестве с коллегами из Германии провели комплексное исследование молекул силана (соединения кремния с водородом) и его изотопов и смогли до десяти раз точнее по сравнению с известными данными измерить важные спектроскопические параметры соединения – колебательную структуру и параметры внутримолекулярной потенциальной функции молекулы. В будущем это позволит точнее предсказывать состав атмосферы газовых планет Солнечной системы и планетарных туманностей, а также улучшить технологии производства высокочистых полупроводников.

Колебательная структура и параметры внутримолекулярной потенциальной функции молекулы — одни из важнейших характеристик молекул, лежащие в основе решения многочисленных прикладных задач в молекулярной физике и химии, спектроскопии, молекулярной динамике, кинетике, планетологии и промышленности. Существующие способы их определения ограничены из-за неточности и недостатка экспериментальных данных.

Авторы провели серию экспериментов с молекулами силана ²⁸SiH₄ и его изотопологами ²⁹SiH₄ и ³⁰SiH₄. С помощью комплексного подхода — использования новых высокоточных экспериментальных данных и специально разработанного аналитического метода — политехникам удалось получить спектроскопические данные о силане, превосходящие существующие по точности в десять раз.

«Наше исследование было сосредоточено на трех изотопологах силана с высоким уровнем симметрии. Сегодня эти соединения играют важную роль в анализе атмосферы газовых планет, в производстве высокочистых полупроводников и для понимания химических процессов в таких интересных объектах как планетарные туманности. Наше исследование позволило получить высокоточную информацию о колебательных спектроскопических параметрах изотопологов, среди которых — гармонические частоты, ангармонические и резонансные параметры, а также параметры так называемых тетраэдрических расщеплений. Можно утверждать, что на сегодняшний день мы составили максимально точное и полное описание колебательной структуры силана», — рассказал руководитель исследования, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Олег Уленеков.

Методы, использованные в исследовании, позволили сформулировать в аналитическом виде симметризированные колебательные функции, представляющие собой основу для всех дальнейших исследований, что ранее было сложно сделать для молекул с такой высокой симметрией.