04-4-1133-2018/2020
 
Priority: 1
   
Status: New
Modern Trends and Developments in Raman Microspectroscopy and Photoluminescence for Condensed Matter Studies

 

Leaders:     G.M. Arzumanyan
N. Kucerka


Participating Countries and International Organizations:
Armenia, Belarus, Bulgaria, Germany, Latvia, Poland, Russia, Slovakia, Ukraine, United Kingdom. 

Scientific Programme:
Modern trends in Raman-based microspectroscopy providing ultrasensitive, highly-contrast and selective tools for condensed matter studies of extremely low concentrations of analyte molecules are in the focus of the present research programme. Detection and identification of a single molecule represent the ultimate sensitivity limit in chemical analysis. Tracking and counting of single molecules, characterizing their chemical structures, and monitoring of their structural changes offer far-reaching opportunities in basic and applied research. Therefore, vibrational spectroscopy, such as Raman spectroscopy, as a non-invasive, label-free technique, i_4es a powerful and preferred tool for single biological molecule studies. To achieve this goal, two enhanced options of Raman scattering, namely CARS (coherent antiStokes Raman spectroscopy) and SERS (surface-enhanced Raman spectroscopy) will be combined to attain such an ultrasensitive level of detection – poorly studied and known as SECARS – surface-enhanced CARS. 

The other modern component of the theme is the study of photo- and upconversion luminescence based on promising core-shell nanostructures. In recent years, core-shell nanoparticles are at the leading edge of hot research topics and offer a wide range of applications in biomedicine, optics, environmental science, materials, and so forth, due to their excellent properties such as versatility, tunability and stability. The core?shell nanomaterials containing noble metals are plasmonic core?shell nanomaterials. They can be employed for contrast imaging, several biomedical applications, etc.} 

Expected main results in 2018:

  • Upgrade of the "CARS" microspectrometer software "NanoSP" under the ultrasensitive modality SECARS. 

  • Tests of various configurations of SERS-active substrates to ensure an optimal selection for the effective SECARS spectroscopy.

  • Obtaining and analysis of SERS and SECARS spectra and intensity maps of light scattered from organic reporter molecules attached to gold/silver nanoparticle. 

  • Data on structural and spectroscopic/luminescent properties of core-shell nanostructure: NaYF4:Yb 3+, Er 3+,Tm 3+@SiO2

  • Revealing of features of Raman spectra from C6 glioma cells and mesenchymal stem cells in regular studies. 

List of projects:
  Project Leader Priority 
(period of realisation)
1. NANOBIOPHOTONICS
Ultrasensitive SECARS
microspectroscopy
and luminescent core-shell
nanostructure
G.M. Arzumanyan
N. Kucerka
Deputy: 
K.Z. Mamatkulov
1   (2018-2020)
List of Activities
  Activity or Experiment Leaders
Status
  Laboratory or other
Division of JINR
Main researchers
1. Development of scientific and technical requirements for the upgrade of the "CARS" microspectrometer under ultrasensitive SECARS modality G.M. Arzumanyan
Upgrade
  FLNP K.Z. Mamatkulov, N.V. Doroshkevich, I.A. Morkovnikov
2. Study of spectroscopic and 
plasmonic characteristics of 
SERS-active substrates 
based on silver/gold nanoparticles with different configurations
G.M. Arzumanyan
N. Kucerka
Data taking
  FLNP K.Z. Mamatkulov, N.V. Doroshkevich, E.A. Kuznetsov, K.O. Demeshenkova, V.N. Shatilova
3. Systematic experiments on SECARS microspectroscopy with picosecond laser pulses at SERS-active substrates – single molecule spectroscopy G.M. Arzumanyan
K.Z. Mamatkulov
Realization
Data taking
  FLNP N.V. Doroshkevich, K.Sh. Voskanyan, K.O. Demeshenkova, V.N. Shatilova, I.A. Morkovnikov
4. Development of plasmon-enhanced
model of Raman scattering on the
"CARS" micposcope
G.M. Arzumanyan
N. Kucerka
Simulation
  FLNP K.Z. Mamatkulov, I.A. Morkovnikov
5. Study of spectral-structural 
characteristics of upconversion
phosphors based on core-shell 
type nanostructures
G.M. Arzumanyan
N. Kucerka
Data taking
  FLNP K.Z. Mamatkulov, E.A. Kuznetsov, N.V. Doroshkevich, K.Sh. Voskanyan, K.O. Demeshenkova, V.N. Shatilova
6. Test-application of core-shell 
nanostructured phosphors in 
photodynamic therapy (PDT)
of cancer
G.M. Arzumanyan
N. Kucerka
Realization
  FLNP K.Z. Mamatkulov, E.A. Kuznetsov, N.V. Doroshkevich, K.Sh. Voskanyan, K.O. Demeshenkova, V.N. Shatilova
7. Verification of tumor and stem 
cells by Raman microspectroscopy
G.M. Arzumanyan
N. Kucerka
Data taking
  FLNP K.Z. Mamatkulov, N.V. Doroshkevich, K.Sh. Voskanyan, I.A. Morkovnikov, K.O. Demeshenkova, V.N. Shatilova
8. Development of a united optical 
platform concept for contrast and 
selective imaging by nonlinear 
Raman microscopy and 
upconversion luminescence.
G.M. Arzumanyan
Realization
  FLNP K.Z. Mamatkulov, E.A. Kuznetsov
9. Expansion of research activities 
at the "CARS" microscope 
as a "user-friendly facility"
G.M. Arzumanyan
N. Kucerka
Realization
  FLNP K.Z. Mamatkulov, N.V. Doroshkevich

 

Collaboration
Country or International
Organization
City Institute or Laboratory
Armenia Yerevan Inst. Biochemistry NAS RA  
Belarus Minsk BSUIR  
    Inst. Physiology NASB  
    SOL instruments  
Bulgaria Sofia Inst. Microbiology BAS  
Germany Julich FZJ  
Latvia Riga ISSP UL  
Poland Wroclaw UW  
  Poznan AMU  
Russia Moscow GPI RAS  
    MSU  
Slovakia Kosice PJSU  
Ukraine Donetsk DonNU  
United Kingdom Buckingham UB

 

 ОБЪЕДИНЕННЫЙ  ИНСТИТУТ  ЯДЕРНЫХ  ИССЛЕДОВАНИЙ

 

ПРОБЛЕМНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН 
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ
И МЕЖДУНАРОДНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА
ОБЪЕДИНЕННОГО ИНСТИТУТА
ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
НА 2018 ГОД

 

 

Теоретическая физика (01)
Физика элементарных частиц и релятивистская ядерная физика (02)
Ядерная физика (03)
Физика конденсированных сред, радиационные и радиобиологические исследования (04)
Сети, компьютинг, вычислительная физика (05)
Образовательная программа (06)

 

Теоретическая физика (01)

01-3-1113-2014/2018 Теория фундаментальных взаимодействий Казаков Д.И. 
Теряев О.В.
Aрбузов А.Б.
01-3-1114-2014/2018 Теория структуры ядра и ядерных реакций Воронов В.В. 
Вдовин А.И. 
Антоненко Н.В.
01-3-1115-2014/2018 Теория конденсированных сред Осипов В.А.
Поволоцкий А.М.
01-3-1116-2014/2018 Современная математическая физика:
струны и гравитация, суперсимметрия, интегрируемость
Исаев А.П.
Сорин А.С.
Кривонос С.О.
01-3-1117-2014/2018 Дубненская международная школа современной 
теоретической физики (DIAS-TH)
Сорин А.С.
Воронов В.В.

Физика элементарных частиц и релятивистская ядерная физика (02)

02-2-1123-2015/2019 Участие ОИЯИ в программе физических исследований на установке BES-III Жемчугов А.С.
02-0-1081-2009/2019 ATLAS.
Модернизация установки и физические исследования на LHC
Бедняков В.А.
02-2-1124-2015/2020 Поиск новой физики в экспериментах на интенсивных пучках мюонов Глаголев В.В.
02-2-1134-2018/2019 Эксперимент COMET на ускорительном комплексе J-PARC Цамалаидзе З.
02-2-1099-2010/2018 Исследование нейтринных осцилляций Наумов Д.В. 
Ольшевский А.Г.
02-0-1108-2011/2019 Эксперимент PANDA на ускорительном комплексе FAIR Алексеев Г.Д.
02-2-1125-2015/2020 Астрофизические исследования в эксперименте TAIGA Ткачев Л.Г.
02-1-1106-2011/2019 Исследования сжатой барионной материи на ускорительном комплексе GSI Ладыгин В.П.
Иванов В.В.
02-1-1096-2010/2019 Изучение редких распадов заряженных каонов и поиск темного сектора в экспериментах на SPS ЦЕРН Кекелидзе В.Д.
Потребеников Ю.К.
02-0-1083-2009/2019 CMS. Компактный мюонный соленоид на LHC Зарубин А.В.
02-0-1085-2009/2019 Изучение структуры нуклонов и адронов в ЦЕРН Нагайцев А.П.
02-1-1086-2009/2020 Странность в адронной материи и исследование неупругих реакций вблизи кинематических границ Строковский Е.А.
Кокоулина Е.С.
Кривенков Д.О.
02-0-1065-2007/2019 Развитие экспериментальной базы ОИЯИ для получения интенсивных пучков тяжелых ионов и поляризованных ядер с целью поиска смешанной фазы ядерной материи и исследования поляризационных эффектов в области энергий до sqrt= 11 GeV Кекелидзе В.Д.
Сорин А.С.
02-0-1127-2016/2018 Перспективные разработки систем ускорителей и коллайдеров нового поколения для фундаментальных и прикладных целей Ширков Г.Д.
02-1-1097-2010/2018 Изучение поляризационных явлений и спиновых эффектов
на ускорительном комплексе Нуклотрон--М ОИЯИ
Коваленко А.Д.
02-1-1087-2009/2020 Исследования по физике релятивистских тяжелых и легких ионов на ускорительных комплексах Нуклотрон/NICA ОИЯИ и SPS ЦЕРН Малахов А.И.
02-0-1066-2007/2020 Исследование свойств ядерной материи и структуры частиц на коллайдере релятивистских ядер и поляризованных протонов Ледницки Р.
Панебратцев Ю.А.
02-1-1088-2009/2019 ALICE. Исследование взаимодействий пучков тяжелых ионов и протонов на LHC Водопьянов А.С.
02-1-1107-2011/2019 Разработка и создание прототипа комплекса для радиотерапии и прикладных исследований на пучках тяжелых ионов Нуклотрона-М Тютюнников С.И.

Ядерная физика (03)

03-0-1129-2017/2021 Развитие ускорительного комплекса и экспериментальных установок ЛЯР (DRIBs-III) Гульбекян Г.Г.
Дмитриев С.Н.
Иткис М.Г.
03-5-1130-2017/2021 Синтез и свойства сверхтяжелых элементов, структура ядер на границах нуклонной стабильности Иткис М.Г.
03-2-1100-2010/2018 Неускорительная нейтринная физика и астрофизика Бруданин В.Б.
Ковалик А.
Якушев Е.А.
03-2-1102-2010/2018 Совершенствование Фазотрона ЛЯП 
и разработка циклотронов для физических и прикладных исследований
Карамышева Г.А.
Яковенко С.Л.
03-4-1128-2017/2019 Исследования взаимодействия нейтронов с ядрами и свойств нейтрона Швецов В.Н.

Физика конденсированных сред, радиационные и радиобиологические исследования (04)

04-4-1121-2015/2020 Исследования конденсированного состояния вещества с использованием современных методов нейтронографии Козленко Д.П.
Аксёнов В.Л. 
Балагуров А.М.
04-4-1105-2011/2019 Развитие исследовательской ядерной установки ИБР-2 с комплексом криогенных замедлителей нейтронов Белушкин А.В. 
Виноградов А.В.
04-4-1122-2015/2020 Развитие экспериментальной базы для проведения исследований конденсированных сред на пучках ИЯУ ИБР-2 Куликов С.А. 
Приходько В.И.
04-4-1133-2018/2020 Современные тенденции и разработки в области Рамановской микроспектроскопии и фотолюминесценции для исследований конденсированных сред Арзуманян Г.М.
Кучерка Н.
04-5-1131-2017/2021 Радиационно-физические, радиохимические и нанотехнологические исследования на пучках ускоренных тяжелых ионов Дмитриев С.Н. 
Апель П.Ю.
04-9-1077-2015/2020 Исследования биологического действия тяжелых заряженных частиц различных энергий Красавин Е.А. 
Тимошенко Г.Н.
04-9-1112-2013/2019 Исследование космического вещества на Земле и в ближайшем космосе; исследование биологических и геохимических особенностей ранней Земли Красавин Е.А. 
Розанов А.Ю.
Швецов В.Н.
04-2-1132-2017/2019 Проведение медико-биологических и радиационно-генетических исследований с использованием различных типов ионизирующих излучений Мицын Г.В.
04-2-1126-2015/2020 Новые полупроводниковые детекторы для фундаментальных и прикладных исследований Шелков Г.А.

Сети, компьютинг, вычислительная физика (05)

05-6-1118-2014/2019 Информационно-вычислительная инфраструктура ОИЯИ Кореньков В.В.
05-6-1119-2014/2019 Методы, алгоритмы и программное обеспечение для моделирования физических систем, математической обработки и анализа экспериментальных данных Адам Г.
Зрелов П.В.
05-8-1037-2001/2019 Аналитические и методические разработки для определения перспектив научных исследований и сотрудничества по основным направлениям развития ОИЯИ. Организация международного сотрудничества Сорин А.С.

Образовательная программа (06)

06-0-1120-2014/2018 Организация, обеспечение и развитие образовательной программы ОИЯИ Матвеев В.А.
Пакуляк С.З.

 

 

JOINT INSTITUTE FOR NUCLEAR RESEARCH 

TOPICAL PLAN
FOR JINR RESEARCH 
AND INTERNATIONAL COOPERATION 
2018



Theoretical Physics (01)
Elementary Particle Physics and Relativistic Nuclear Physics (02)
Nuclear Physics (03)
Condensed Matter Physics, Radiation and Radiobiological Research (04)
Networking, Computing, Computational Physics (05)
Educational Programme (06)

Theoretical Physics (01)

 01-3-1113-2014/2018 Theory of Fundamental Interactions D.I. Kazakov 
O.V. Teryaev
A.B. Arbuzov
01-3-1114-2014/2018 Theory of Nuclear Structure and Nuclear Reactions V.V. Voronov
A.I. Vdovin
N.V. Antonenko
01-3-1115-2014/2018 Theory of Condensed Matter V.A. Osipov
A.M. Povolotskii
01-3-1116-2014/2018 Modern Mathematical Physics:
Strings and Gravity, Supersymmetry, Integrability
A.P. Isaev
A.S. Sorin
S.O. Krivonos
01-3-1117-2014/2018 Dubna International Advanced School of Theoretical Physics
(DIAS-TH)
A.S. Sorin
V.V. Voronov

Elementary Particle Physics and Relativistic Nuclear Physics (02)

02-2-1123-2015/2019 JINR's Participation at the BES-III Physics Research Program A.S. Zhemchugov
02-0-1081-2009/2019 ATLAS. 
Upgrade of the ATLAS Detector and Physics Research at the LHC
V.A. Bednyakov
02-2-1124-2015/2020 Search for New Physics in Experiments with High-Intensity Muon Beams V.V. Glagolev
02-2-1134-2018/2019 Experiment COMET at J-PARC Z. Tsamalaidze
02-2-1099-2010/2018 Study of Neutrino Oscillations D.V. Naumov
A.G. Olshevskiy
02-0-1108-2011/2019 Experiment PANDA at FAIR G.D. Alexeev
02-2-1125-2015/2020 Astrophysical Studies in the Experiment TAIGA L.G. Tkatchev
02-1-1106-2011/2019 Investigations of Compressed Baryonic Matter at the GSI Accelerator Complex V.P. Ladygin
V.V. Ivanov
02-1-1096-2010/2019 Study of Rare Charged Kaon Decays and Search for Dark Sector
in Experiments at the CERN SPS
V.D. Kekelidze
Yu.K. Potrebenikov
02-0-1083-2009/2019 CMS. Compact Muon Solenoid at the LHC A.V. Zarubin
02-0-1085-2009/2019 Studies of the Nucleon and Hadron Structure at CERN A.P. Nagaytsev
02-1-1086-2009/2020 Strangeness in Hadronic Matter and Study of Inelastic Reactions Near Kinematical Borders E.A. Strokovsky
E.S. Kokoulina
D.O. Krivenkov
02-0-1065-2007/2019 Development of the JINR Basic Facility for Generation of Intense Heavy Ion and Polarized Nuclear Beams Aimed at Searching for the Mixed Phase of Nuclear Matter and Investigation of Polarization Phenomena at the Collision Energies up to  sqrt= 11 GeV V.D. Kekelidze
A.S. Sorin
02-0-1127-2016/2018 Advanced Studies on Systems of New-Generation
Accelerators and Colliders for Fundamental
and Applied Research
G.D. Shirkov
02-1-1097-2010/2018 Study of Polarization Phenomena and Spin Effects
at the JINR Nuclotron-M Facility
A.D. Kovalenko
02-1-1087-2009/2020 Research on Relativistic Heavy and Light Ion Physics. Experiments at the Accelerator Complex Nuclotron/NICA at JINR and CERN SPS A.I. Malakhov
02-0-1066-2007/2020 Investigation of the Properties of Nuclear Matter and Particle Structure at the Collider of Relativistic Nuclei and Polarized Protons R. Lednicky
Yu.A. Panebratsev
02-1-1088-2009/2019 ALICE. Study of Interactions of Heavy Ion and Proton Beams
at the LHC
A.S. Vodopyanov
02-1-1107-2011/2019 Development and Construction of the Prototype of a Complex for Radiotherapy and Applied Research with Heavy-Ion Beams at the Nuclotron-M S.I. Tyutyunnikov

Nuclear Physics (03)

03-0-1129-2017/2021 Development of the FLNR Accelerator Complex 
and Experimental Setups (DRIBS-III)
G.G. Gulbekyan
S.N. Dmitriev
M.G. Itkis
03-5-1130-2017/2021 Synthesis and Properties of Superheavy Elements, 
Structure of Nuclei at the Limits of Nucleon Stability
M.G. Itkis
03-2-1100-2010/2018 Non-Accelerator Neutrino Physics and Astrophysics V.B. Brudanin
A. Kovalik
E.A. Yakushev
03-2-1102-2010/2018 Improvement of the JINR Phasotron and Design of Cyclotrons for Fundamental and Applied Research G.A. Karamysheva 
S.L. Yakovenko
03-4-1128-2017/2019 Investigations of Neutron Nuclear Interactions 
and Properties of the Neutron
V.N. Shvetsov

Condensed Matter Physics, Radiation and Radiobiological Research (04)

04-4-1121-2015/2020 Investigations of Condensed Matter 
by Modern Neutron Scattering Methods
D.P. Kozlenko 
V.L. Aksenov 
A.M. Balagurov
04-4-1105-2011/2019 Development of the IBR-2 Facility with a Complex of Cryogenic Neutron Moderators A.V. Belushkin
A.V. Vinogradov
04-4-1122-2015/2020 Development of Experimental Facilities for Condensed Matter Investigations with Beams of the IBR-2 Facility S.A. Kulikov
V.I. Prikhodko
04-4-1133-2018/2020 Modern Trends and Developments in Raman Microspectroscopy and Photoluminescence for Condensed Matter Studies G.M. Arzumanyan
N. Kucerka
04-5-1131-2017/2021 Radiation Physics, Radiochemistry, and Nanotechnology Investigations Using Beams of Accelerated Heavy Ions S.N. Dmitriev
P.Yu. Apel
04-9-1077-2015/2020 Research on the Biological Effect of Heavy Charged Particles 
with Different Energies
E.A. Krasavin
G.N. Timoshenko
04-9-1112-2013/2019 Research on Cosmic Matter on the Earth and in Nearby Space;
Research on the Biological and Geochemical Specifics 
of the Early Earth
E.A. Krasavin
A.Yu. Rozanov 
V.N. Shvetsov
04-2-1132-2017/2019 Biomedical and Radiation-Genetic Studies Using Different Types of Ionizing Radiation G.V. Mitsyn
04-2-1126-2015/2020 Novel Semiconductor Detectors for Fundamental and Applied Research G.A. Shelkov

Networking, Computing, Computational Physics (05)

05-6-1118-2014/2019 Information and Computing Infrastructure of JINR V.V. Korenkov
05-6-1119-2014/2019 Methods, Algorithms and Software for Modeling Physical Systems, Mathematical Processing and Analysis of Experimental Data Gh. Adam
P.V. Zrelov
05-8-1037-2001/2019 Analytical and Methodological Work to Assess the Prospects
of Scientific Research and Cooperation in the Main Directions 
of JINR's Development.
Organization of International Cooperation
A.S. Sorin

Educational Programme (06)

06-0-1120-2014/2018 Organization, Support and Development 
of the JINR Educational Programme
V.A. Matveev
S.Z. Pakuliak