ИСТИНА

Проект направлен на установление механизмов разнонаправленных химических процессов, протекающих в осаждённых криопленках толщиной 0.1 – 100 мкм под действием излучений различных энергий в условиях высокого вакуума при температурах от 4 К.

The project is aimed at elucidation of the mechanisms of multidirectional chemical processes occurring in deposited cryofilms (0.1-100 mcm) under the effect of radiation with various energies under the conditions of high vacuum at the temperatures from 4 K. The study of such processes is of fundamental interest from the point of view of chemical physics. This is also of fundamental importance for understanding the astrochemical evolution of organic matter and the behavior of organic materials in outer space. In addition, the proposed studies can be useful for developing the fundamental principles of new nanolitography technologies, which are based on the use of resists based on organic ice films (Organic Ice Resist Lithography, OIRL). It is planned to use three types of systems as cryofilms. The first type is matrices based on solid noble gases containing small amounts of organic molecules (~ 1/1000) (or intermolecular complexes). The approach to the experimental modeling the mechanisms of the radiation-induced astrochemical processes at the molecular level using matrix isolation was used in recent works of the authors (in particular, within the framework of the completed project RSF 21-13-00195) and demonstrated high efficiency and versatility. The second type is cryofilms based on simple molecules commonly occurring in outer space (carbon mono- and dioxide, nitrogen, methane), doped by target molecules in a ratio of 1/50 - 1/500. Such systems are supposed to be used to verify the possibility of the processes found under the conditions of matrix isolation in molecular ices. The third type of systems is thin organic cryofilms based on compounds that simulate promising resists for the OIRL processes. The fundamental novelty of the research within the framework of the project is as follows: - in the direction of modeling "cold" astrochemical processes using matrix isolation, radiation-induced transformations of astrochemically important organic molecules of various classes will be experimentally studied for the first time and the possibilities of their radiation-induced synthesis from isolated intermolecular complexes will be tested; - in the direction associated with the use of simple molecular matrices (CO, CO2, N2, CH4), a detailed study of the role of the matrix under conditions of "direct" and "indirect" activation of dopant molecules (under the action of VUV and X-ray radiation, respectively) will be carried out for the first time; - in the direction associated with the study of organic cryofilms, direct data on radiation sensitivity and mechanisms of radiation-chemical transformations will be obtained for the first time for a number of model systems that can be considered as prototypes of resists in OIRL processes. The X-ray radiation (energy of 10-50 keV) and VUV-radiation (wavelength of 130-185 nm) will be used to initiate the chemical transformations at cryogenic temperatures. Highly informative spectroscopic methods (IR and EPR spectroscopy) will be used as the main experimental research methods. In the experiment, original methods and unique equipment will be used, which was developed and modified by the author’s team. To identify the intermediates and the ways of their transformantions, non-empirical high-level quantum-chemical calculations will be used (usually at the CCSD(T) level)).

2025: - экспериментальные и расчётные данные о структуре комплексов простых аминов, а также фосфина, представляющих интерес с точки зрения синтетической астрохимии, возможности их получения в матрицах, эффективности радиационно-химических и фотохимических превращений, составе интермедиатов и продуктов; - предварительные данные о составе парамагнитных и диамагнитных продуктов радиационно-химических превращений изолированных молекул некоторых астрохимически важных кислородсодержащих соединений (диметиловый эфир, ацетон, пропаналь) в низкотемпературных матрицах; - данные об эффективности расходования и составе продуктов превращений при радиолизе и ВУФ-фотолизе бензола в матрицах оксида и диоксида углерода при различных соотношениях компонентов; - предварительные данные о составе основных продуктов и эффективности радиационно-химических превращений бензонитрила в низкотемператрурных матрицах; - аналитический обзор перспективных структур позитивных и негативных резистов для процессов OIRL, методика получения тонких органических криоплёнок в конфигурации экспериментальных криостатов 2026: - экспериментальные и расчётные данные об интермедиатах и продуктах радиационно-индуцированных превращений комплексов простых аминов и их возможной роли в астрохимическом синтезе аминокислот; - общая характеристика вероятных механизмов эволюции фосфорсодержащих соединений, возникающих из фосфина в процессе холодной астрохимической эволюции (в условиях межзвёздной среды и планетных атмофсфер); - обобщение результатов по возможности низкотемпературного радиационно-индуцированного синтеза и направлениям радиационно-индуцированных превращений функциональных ароматических молекул в криоплёнках; - механизм радиолиза и фотолиза изолированных молекул различных классов астрохимически важных кислородсодержащих соединений (диметиловый эфир, пропаналь, ацетон, возможны уточнения объектов по результатам исследований первого года) при криогенных температурах и обоснование их возможной роли в процессах образования биологически важных молекул; - данные о радиационной чувствительности и основных продуктах деградации органических криоплёнок, которые можно рассматривать в качестве прототипов позитивных резистов для OIRL. 2027: Ожидаемые результаты: - обобщённые данные о вероятных механизмах радиационно-индуцированного и фотохимического синтеза и разложения астрохимически важных сложных органических молекул в криоплёнках с учётом характера активации (прямое возбуждение или передача энергии) и влияния окружения; - предварительные рекомендации по перспективным резистам для процессов OIRL с учётом возможности их сенсибилизации, структуры плёнок и механизмов протекающих процессов.

1. Впервые исследованы радиационно-химические превращения ряда малых молекул, представляющих непосредственный интерес для астрохимии и атмосферной химии в условиях матричной изоляции при криогенных температурах. 2. Впервые экспериментально получены и верифицированы на основании квантово-химических расчетов спектроскопические характеристики ряда межмолекулярных, радикал-молекулярных и карбен-молекулярных комплексов в матрицах твердых благородных газов; обнаружено нетривиальное влияние комплексообразования с CO на радиационно-индуцированную изомеризацию HCN, которое может иметь значение, в частности, в контексте астрохимических проблем. 3. Экспериментально продемонстрирована возможность одностадийного радиационно-индуцированного синтеза сложных органических молекул из изолированных межмолекулярных комплексов состава 1 : 1, в ряде случаев установлен детальный механизм соответствующих реакций на основании исследований с использованием комбинации методов ИК и ЭПР спектроскопии и квантово-химических расчётов. 4. Впервые установлена возможность "холодной сборки" ароматических молекул из ассоциатов при облучении при криогенных температурах.