Doktorsvörn í efnafræði - Ivan Tambovtsev

Doktorsefni: Ivan Tambovtsev

Heiti ritgerðar: Sameindavélar og Hendin Efni (Molecular Motors and Chiral Media)

Andmælendur:
Dr. Gísli Hólmar Jóhannesson, efna- og stærðfræðikennari við Keili
Dr. Karl-Heinz Ernst, prófessor við University of Zurich og EMPA, Sviss

Leiðbeinandi: Dr. Hannes Jónsson, prófessor við Raunvísindadeild Háskóla Íslands

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Elvar Örn Jónsson, rannsóknadósent við Raunvísindastofnun Háskólans
Dr. Sergei Egorov, prófessor við University of Virginia, Bandaríkjunum
Dr. Tetiana Orlova, aðalrannsóknarmaður við Eðlisfræðistofnun Háskólans í Jerevan, Armeníu
Dr. Gianluca Levi, dósent við University of Trieste á Ítalíu og aðjunkt við Raunvísindadeild Háskóla Íslands

Doktorsvörn stýrir: Dr. Benjamín R. Sveinbjörnsson, prófessor og varadeildarforseti Raunvísindadeildar Háskóla Íslands

Ágrip

Ljósdrifnar sameindavélar af annarri kynslóð bjóða upp á leið til stýra hreyfingu og orkuflutningum á nanóskala. Í þessari ritgerð er rafeindabygging slíkra sameinda reiknuð til að magngreina og stilla ljósgleypni og snúningshraða þeirra.

Ljósgleyðnin sem kemur snúningnum af stað er reiknuð með tímaháðri þéttnifellafræði (TDDFT), og varmadrifnu skrefin sem ákvarða heildartímaskala snúningsins reiknuð með virkjunarástandsaðferðinni. Einnig eru takmarkanir hefðbundinnar tímaháðrar þéttnifellafræði metnar fyrir flúrljómandi sameindavélar og þar er tímaóháð, svigrúmabestuð aðferð prófuð til að fá betri lýsingu á örvunum sem fela í sér rafeindaflutning. Lágmarksorkuleiðir eru fundnar með þéttnifellafræði og klifurmyndar hnykktu teygjubandsaðferðinni (CI-NEB), og hraðafastar eru metnir með kjörsveifilsnálgunum.

Bent er á möguleika til að bæta eiginleikar sameindavéla með því að skipta út atómum og hópum atóma. Þegar metýlhópnum við handhverfumiðjuna er skipt út fyrir fyrirferðarmeiri og rafeindadrægari skiptihópum, svo sem tríflúormetýl, tríklórmetýl, tert-bútýl eða alflúoraðan tert-bútýl, eykst snúningshraðinn undantekningalaust og í flestum tilfellum verður litrófsaðskilnaður milli stöðugra og hálfstöðugra ástanda meiri, sem bætir sértæka ljósörvun. Aftur á móti, ef vetni við handhverfumiðjuna er skipt út fyrir flúor eða klór hægir á snúningnum, litrófsbilið minnkar og hvarfkerfið getur jafnvel breyst með því að bakhvarfið verður ríkjandi. Í öllum kerfunum sem rannsökuð voru stýra breytingar á orkuþröskuldinum hraðafræðinni á meðan breytingar á forliðnum hafa lítl áhrif.

Með þessum niðurstöðum er hægt að setja fram einfaldar efnafræðilegar reglur til að stjórna tímaskala og litrófseiginleikum sameindavéla með markvissum skiptingum á atómhópum. Þannig er hægt að leiðbeina við hönnun á viðbragðsnæmum efnum, þar með talið kólesterískum fljótandi kristöllum með íbótarveilum, þar sem sameindavélar eru notaðar til að ná fram ljósstýrðri virkjun og flutningi á handhverfri áferð er stjórnast af kröftum milli einbylgja (solitons). Hið samþætta verkflæði frá þéttnifellafræði að lágmarksorkuferlum og virkjunarástandsaðferð innan kjörsveiflisnálgunarinnar býður upp á skilvirka leið til að spá fyrir um og hámarka afköst sameindavéla við hinar ýmsu aðstæður.

Um doktorsefnið

Ivan Tambovtsev lauk B.Sc. og M.Sc. prófum í eðlisfræði frá ríkisháskólanum í Sankti Pétursborg, þar sem hann vann að rannsóknum í kennilegri eðlisfræði og reiknilíkangerð.
Hann hóf doktorsnám við Raunvísindadeild Háskóla Íslands árið 2022.
Rannsóknir hans fjalla um sameindavélar, skautuð kerfi og ýmis nanókerfi, og þær hafa verið gerðar undir leiðsögn Hannesar Jónssonar prófessors.