Міжфакультетська науково-дослідна лабораторія прикладних проблем запису інформації

Міжфакультетська науково-дослідна лабораторія (МНДЛ) прикладних проблем запису інформації була створена у відповідності до наказу Мінвузу СРСР «Об утверждении типовой структуры научно-исследовательской части» від 22 червня 1982 р. та за наказом ректора Київського університету ім. Т.Г.Шевченка «Об утверждении структуры НИЧ Киевского госуниверситета» №335 «О» від 18 травня 1983 р. для вирішення комплексної науково-технічної проблеми «Середовища і системи оптичної обробки інформації». З першого дня заснування завідування МНДЛ було покладено на докт.фіз.-мат.наук Кувшинського М.Г. Спочатку в штаті МНДЛ були співробітники радіофізичного факультету, а потім до роботи було залучено співробітників і інших природничих факультетів. Діяльність лабораторії керувалася її вченою Радою (голова Кувшинський М.Г., секретар Костюк А.О.).

Відповідно до цілей організації МНДЛ в ній з самого початку велися розробки фізичних принципів реєстрації оптичних голограм на плівках фоточутливих термопластичних матеріалів, а також апаратури для реєстрації голограм на цих середовищах. Про високий рівень досліджень і їх практичну значимість свідчить те, що лабораторію було призначено головною організацією Мінвузу СРСР з цього наукового напрямку, на її базі проводилися Всесоюзні школи-семінари і наукові конференції, а також понад 20 років видавався міжвідомчий друкований збірник «Фундаментальные основы оптической памяти и среды». З моменту організації МНДЛ співробітниками захищено 2 докторські та 9 кандидатських дисертацій.

Основні досягнення МНДЛ можна поділити на фундаментальні та прикладні. В розробку перших, а саме, в створення основ фізики аморфних молекулярних напівпровідників, найбільш значимий внесок зробили Білоножко О.М., Давиденко М.О., Заболотний М.А., Комко В.М., Решетняк В.В. У прикладни розробкі, зокрема, в розробку та створення голографічної реєструючої системи з чутливістю близькою до чутливості телекамер, основний внесок зробили Баженов М.Ю., Барабаш Ю.М., Костюк А.О., Павлов В.О., Чуприн М.Г.

У галузі фундаментальних досліджень розроблено науковий напрямок «Основи фізики аморфних молекулярних напівпровідників». Це визнано як у нашій країні, так і за кордоном. У 1996 р. роботи були відзначені Державною премією України, а роком раніше Міжнародна Асоціація незалежних видавників наукової літератури (США) нагородила МНДЛ міжнародним дипломом честі за «створення основ фізики аморфних молекулярних напівпровідників».

Наукова значимість основних результатів досліджень МНДЛ полягає в тому, що були встановлені основні електро- і фотофізичні властивості аморфних молекулярних напівпровідників, які не мають ближнього і дальнього порядку в розташуванні органічних молекул. Ці матеріали проявляють напівпровідникові властивості, але механізми фотогенерації і транспорту носіїв заряду суттєво відрізняються від тих, що властиві кристалічним і навіть аморфним напівпровідникам.

Визначено основні закономірності фотогенерації носіїв заряду шляхом утворення і дисоціації електронно-діркових пар (ЕДП) у аморфних молекулярних напівпровідниках, які містять в якості центрів фотогенерації міжмолекулярні комплекси з переносом заряду, молекули сполук з внутрішньомолекулярним переносом заряду, барвники. Встановлено основні закономірності утворення зв’язаних ЕДП. Експериментально показано, що квантовий вихід фотогенерації ЕДП і початкова відстань між зарядами в ЕДП не залежать від енергії кванта світла і температури, тому що ЕДП утворюються внаслідок тунельного переходу дірки з верхнього валентного рівня збудженого центру фотогенерації на верхній валентний рівень молекули донора електронів, яка входить до зони транспорту дірок. Початковий розподіл ЕДП за відстанями між зарядами в ЕДП може бути описаний d-функцією. Якщо час життя ЕДП великий, то з плином часу завдяки дифузії дірок в ЕДП просторовий розподіл ЕДП змінюється і може бути представлений трьома прямокутними розподілами, вагові множники яких змінюються з часом на користь вагового множника третього розподілу з найбільшими відстанями між зарядами в ЕДП. Рекомбінація зарядів в ЕДП відбувається внаслідок тунельного переходу дірки з верхнього валентного рівня молекули донора на верхній валентний рівень центра фотогенерації.

Встановлено також основні закономірності дисоціації ЕДП у сильних електричних полях. Показано, що ймовірність дисоціації ЕДП визначається трьома співмножниками: перший з них характеризує ймовірність тунельних переходів носіїв зарядів між молекулами у відповідних зонах транспорту (дірок - між молекулами донора в зоні транспорту дірок, електронів - між молекулами акцептора в зоні транспорту електронів); другий – це ймовірність дисоціації ЕДП у сильному електричному полі відповідно до моделі Пула-Френкеля при дифузному русі дірки в молекулах донора, утворюючих зону транспорту дірок; третій описує кінетику зростання ймовірності дисоціації ЕДП внаслідок обмеженого часу виходу дірки з кулонівської ями, створеної зарядом електрона в ЕДП. Досліджено і ідентифіковано спін-залежні ефекти в механізмі фотогенерації нерівноважних носіїв заряду. Мультиплетність ЕДП було встановлено на основі аналізу результатів експериментальних досліджень впливу магнітного поля на ймовірність дисоціації ЕДП у сильних електричних полях, а також із результатів дослідження впливу сильного електричного поля на фотолюмінесценцію при різних температурах.

Встановлено основні закономірності електропровідності плівок аморфних молекулярних напівпровідників у сильних електричних полях. Ця електропровідність визначається ефективністю темнової генерації носіїв заряду і має три компоненти: перша компонента електропровідності визначається термополевою генерацією носіїв заряду з домішкових центрів подібних до комплексів з переносом заряду, друга є іонною і також залежить від домішок, а третя визначається термогенерацією ЕДП з молекул центрів фотогенерації і дисоціацією цих ЕДП у сильних електричних полях.

Досліджено особливості зміни в постійному електричному полі спектрів електронного поглинання полімерних плівок, доповнених поліметиновими барвниками. Знайдено закономірності зміни цих спектрів в області поглинання барвника залежно від величини дипольного моменту і симетрії p-електронної структури молекули барвника. Дія електричного поля на спектри поглинання барвників пояснюється перерозподілом густини валентних електронів у незбуджених молекулах, та, як наслідок - зміною симетрії структурної форми, що аналогічно зміні конфігурацій основного і збудженого стану молекули. Такий механізм поляризації молекул барвників є причиною появи наведеної електричним полем анізотропії просторової функції розподілу фотогенерованих ЕДП в аморфних молекулярних напівпровідниках.

З метою встановлення можливості використання плівок аморфних молекулярних напівпровідників для створення електролюмінесцентних екранів розпочато дослідження особливостей рекомбінаційної люмінесценції. Встановлено і ідентифіковано ефект підсилення більш, ніж на порядок інтенсивності випромінювання електролюмінесценції в аморфних молекулярних напівпровідниках, які містять як центри фотогенерації і рекомбінації молекули поліметинових барвників.

На основі фундаментальних досліджень визначено основні компоненти реєструючого середовища на основі плівок аморфних молекулярних напівпровідників. Реєструюче середовище представляється таким, що складається з 4-х компонент: плівкоутворюючої основи; електронно-донорної речовини, молекули якої утворюють зону транспорту дірок; електронно-акцепторної речовини, молекули якої утворюють зону транспорту електронів; речовини, молекули якої є центрами фотогенерації ЕДП і в яких при поглинанні кванта світла відбувається просторовий розподіл електрона і дірки між донорною і акцепторною частинами центра фотогенерації. Електрон і дірка, які знаходяться у збудженому центрі фотогенерації, повинні мати можливість безбар’єрного переходу з центру фотогенерації на відповідні молекули зон транспорту електронів і дірок. Відповідно до встановлених вимог щодо компонент реєструючого середовища Інститутом вуглехімії НАН України (м.Донецьк) і кафедрою високомолекулярних сполук хімічного факультету Київського університету синтезовано багато нових речовин. Визначено склад та створено унікальне реєструюче середовище для реєстрації оптичних голограм. Розроблено голографічну реєструючу систему, яка складається з названого реєструючого середовища і адаптивної апаратури керування ним, що обмежує процеси проявлення і стирання голограм за заданим рівнем дифракційної ефективності. Голографічна реєструюча система за основними інформаційними параметрами значно перевершує зарубіжні аналоги, близька за чутливістю до телевізійних камер і є основною причиною відродження методу голографічної інтерферометрії для безконтактного визначення внутрішніх дефектів у різних матеріалах, деталях і вузлах машин та механізмів.

Спільно з Інститутом електрозварювання ім.Є.О.Патона НАН України розроблено малогабаритну голографічну установку для демонстраціїї визначення дефектів у різних матеріалах і об’єктах методом голографічної інтерферометрії. За допомогою цієї установки демонструється визначення внутрішніх дефектів: в зварних з’єднаннях труб з тітану, сталі, поліетілену високого тиску; в стільникових панелях з алюмінію; в лакофарбних покриттях; в зварних з’єднаннях плоских пластин з алюмінію, тощо. Крім того, за допомогою цієї установки виконується вимірювання залишкових напружень у різних зварних з’єднаннях. Розроблена концепція створення голографічних установок 2-го і 3-го покоління для визначення дефектів методом голографічної інтерферометрії в зварних з’єднаннях промислових нафто- і газопроводів. Концепцію побудови установок перевірено і відмакетовано в лабораторних умовах. В установках 2-го покоління голографічний модуль разом з голографічним середовищем розташовується безпосередньо на об’єкті разом з пристроєм навантаження. В установках 3-го покоління голографічний модуль розміщується зовні об’єкта досліджень у комфортних умовах, а когерентне світло розсіяння від об’єкта передається в голографічний модуль за допомогою світловолоконної оптики. Голографічні установки 3-го покоління будуть дозволяти визначати дефекти в об’єктах, які знаходяться в складних погодних і екологічних умовах, в умовах ядерного випромінювання, під водою, у космосі.

Результати фундаментальних і прикладних досліджень МНДЛ впроваджувалися у навчальний процес. Насамперед, це підготовка курсових і дипломних робіт студентів старших курсів. Крім того, для хімічного факультету підготовлено і прочитано лекційні курси «Хімія інформаційних середовищ», «Сучасні проблеми хімії - фотохімія органічних сполук і полімерів», «Фотохімія і хімія інформаційних середовищ», а також цикл лабораторних робіт з реєстрації оптичної інформації на плівках органічних сполук.