Küberneetika instituudi doktorant Tanzeeha Jafari kaitseb 31. jaanuaril 2025 algusega kell 14:30 oma doktoritööd "Quantum Dynamics of Noble Gas Atoms and Methane in the Molecular Cavity of Fullerene: Terahertz Spectroscopy Study" ("Väärisgaasi aatomite ja metaani kvantdünaamika fullereeni molekulaarses õõnsuses: terahertsspektroskoopia uurimus"). Doktoritöö on valminud koostöös Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudiga (KBFI). Kaitsmine toimub Tallinna Tehnikaülikooli peamaja II õppehoone ruumis U02-303 (Ehitajate tee 5).
Teadlased on viimastel aastatel arendanud välja meetodi, mida nimetatakse molekulaarseks kirurgiaks, et lõksustada aatomeid ja molekule fullereeni C60 molekulaarsesse õõnsusesse. Selliseid aineid nimetatakse endofullereenideks.
C60 molekul hoiab lõksustatud aatomit või molekuli enda sees, takistades sellel väljuda ja kondenseeruda vedelikuks või tahkiseks isegi väga madalatel temperatuuridel. See võimaldab uurida nende kvantkäitumist, mis avaldub just madalatel temperatuuridel. Seega, lõksustatud aatomid ja molekulid on nagu väikeses "nanolaboris", kus nende liikumist ja interaktsioone saab põhjalikult uurida.
Teraherts-spektroskoopia (THz-spektroskoopia) on üks vähestest spektroskoopia liikidest, millega saab mõõta lõksustatud osakeste energiaspektrit.
THz-spektroskoopia mõõtmised tehti Eestis, et uurida väärisgaasi aatomite - heelium, neoon, argoon ja krüptoon ning metaani molekul - liikumist fullereeni keras. Tulemused näitasid, et endoheedrilise osakese liikumine on kvantiseeritud. Heeliumi isotoopidel ³He ja ⁴He on spekter tugevasti mõjutatud potentsiaalifunktsiooni (vastasmõju energia sõltuvus aatomi asukohast C60 õõnsuses ) anharmoonilistest osadest. Kuigi spektrid on erinevad tingituna ³He ja ⁴He masside erinevusest, siis potentsiaalifunktsioonid kattuvad suure täpsusega. Uurimus leidis, et He suuremate ja raskemate aatomite potentsiaal on järsem kuid oluliselt vähem anharmooniline ja metaani molekulide puhul on olulised vesiniku aatomite võnkumised. Tulemused aitavad paremini mõista mittesiduvaid vastasmõjusid süsinik-nanopindade ja aatomite vahel (näiteks van der Waalsi vastasmõju) ja annavad juhiseid kvantkeemiliste mudelite täiendamiseks.
Kokkuvõttes kinnitab töö, et endofullereenid on ainulaadsed süsteemid, mis võimaldavad uurida kvantdünaamikat ja mittesiduvaid jõude erakordse täpsusega.
Doktoritöö on avaldatud Tehnikaülikooli raamatukogu digikogus
Juhendajad: juhtivteadur Toomas Rõõm ja juhtivteadur Urmas Nagel (KBFI)
Oponendid:
- kaasprofessor Tanel Käämbre (Tartu Ülikool, Eesti)
- professor Ferenc Simon (Budapesti Tehnikaülikool, Ungari)