Основные научные результаты

Полученные Салиховым К.М. теоретические результаты оказали существенное влияние на формирование и развитие новой области науки - спиновой химия. Он дал интерпретацию первых экспериментальных наблюдений влияния внешнего магнитного поля на радикальные реакции и магнитного изотопного эффекта в радикальных реакциях. Сформулировал общий формализм теории магнитно-спиновых эффектов в радикальных реакциях и с его помощью разработал теорию влияния внешних магнитных полей на радикальные реакции, теорию магнитного изотопного эффекта, теорию химической поляризации ядерных и электронных спинов в ходе химических реакций. Теоретически предсказал экстремальный характер полевой зависимости вероятности рекомбинации радикальных пар, электрон-дырочных пар в области слабых магнитных полей, сравнимых с локальными полями, создаваемыми сверхтонкими взаимодействиями с магнитными ядрами. Предсказал особенности в вероятности рекомбинации радикальных пар в точках пересечения их диабатических термов. Это привело к созданию MARY-спектроскопии. Установил основные закономерности химической поляризации ядерных спинов в слабых магнитных полях, теоретически предсказал эффект взаимного влияния ядер на их поляризацию. Предсказал механизм и установил основные проявления стимулированной поляризации ядерных спинов. На основе этого был разработан уникальный метод регистрации спектров ЭПР с помощью наблюдения поляризации ядерных спинов в спектрах ЯМР. Дал теоретическую оценку максимально возможного вклада сверхтонкого взаимодействия в вероятность рекомбинации радикальных пар. Рассчитал вероятность рекомбинации радикальных пар с произвольным числом магнитных ядер в Земном магнитном поле. Внес заметный вклад в теорию оптически детектируемых спектров ЭПР спин-коррелированных радикальных пар. Салихов К.М. предсказал новый механизм поляризации электронных спинов триплетных экситонов, вызванной их взаимной аннигиляцией. Спиновая поляризация, обусловленная этим механизмом, экспериментально доказана с помощью времяразрешенной ЭПР спектроскопии триплетных экситонов в молекулярных кристаллах .

А. Л. Бучаченко, Р. З. Сагдеев, К.М. Салихов. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях. Наука, 1978; K.M. Salikhov, Yu. N. Molin, R. Z. Sagdeev, A. L. Buchachenko. Spin Polarization and Magnetic Effects in Radical Reactions. Academic Kiado Budapest, Elsevier Amsterdam, 1984; K.M. Salikhov. Magnetic Isotope Effect in Radical Reactions. Springer Verlag, Wien New-York, 1996; K.M. Salikhov, S.A. Mikhailov, M. Plato. Chem. Phys. 117, 197-217 (1987); Salikhov K.M. Chem.Phys.Letters, 201, 261-264 (1993); Salikhov K.M., Molin Yu.N. J. Phys. Chem. 97, 13259-13266 (1993); K.M. Salikhov, Y. Sakaguchi, H. Hayashi. Chem.Phys. 220, 355-371(1997); L.R. Mursalimov, K.M. Salikhov. Appl. Magn. Reson. 21, 223-248 (2001); Salikhov К.М. Appl. Magn. Reson. 26, 135-144 (2004).

Салихов К.М. заложил основы теории импульсных методов ЭПР. Теоретически показал возможность наблюдения модуляции сигнала электронного спинового эха в аморфных и поликристаллических веществах. Впервые изучил роль селективности возбуждения спиновой системы СВЧ импульсами, формирующими сигналы электронного спинового эха. Разработал теорию фазовой релаксации электронных спинов в твердых парамагнетиках за счет спин-спинового диполь-дипольного взаимодействия между парамагнитными центрами: установил предельные законы спада сигналов эха по механизму спектральной диффузии, развил теорию спада сигналов эха по механизму так называемой “мгновенной диффузии”. Им изучен вклад анизотропии g-тензора парамагнитных центров и поляризации их спинов в фазовую релаксацию за счет спин-спинового диполь-дипольного взаимодействия Им развита теория переноса спинового возбуждения по спектру ЭПР при медленном вращении парамагнитных частиц с учетом изменения оси квантования ядерных спинов при вращении частиц с анизотропным сверхтонким взаимодействием Он соавтор получившего широкое применение метода измерения расстояния между парамагнитными частицами в диапазоне 1-10 нм с помощью импульсных экспериментов ЭПР с двумя частотами (ПЭЛДОР). Он развил теорию ПЭЛДОР с учетом селективного характера возбуждения спинов.Теоретически и экспериментально показано, что спектральная диффузия может приводить к появлению узких провалов в спектре ЭПР ванфлековского парамагнетика вблизи нулевого значения магнитного поля. Эффект обнаружен и экспериментально исследован для примесных ионов Cr²⁺ в синтетическом форстерите (Mg₂SiO₄

К.М. Салихов, А.Г. Семенов, Ю.Д. Цветков. Электронное спиновое эхо и его применение. Наука, 1976; А.Д. Милов, К.М. Салихов, М.Д. Щиров. ФТТ, 23, 975-982 (1981); K.M. Salikhov, A.G. Maryasov, Yu.D. Dzuba. J. Magn. Reson. 50, 432-450 (1982); K.M. Salikhov, A.G. Maryasov, S.A. Dzuba, Yu.D. Tsvetkov. J. Magn. Res. 58, 95-117 (1984); Salikhov K.M., Tarasov V.F. Magn. Reson. Chem. 43, Issue S1, pp. S221-S228 (2005).

Салихов К.М. внес основополагающий вклад в теорию гейзенберговского спинового обмена в парамагнетиках. Он предложил кинетические уравнения для описания спинового обмена при столкновении парамагнитных частиц в конденcированных средах и с их помощью расcчитал сечения спинового обмена с участием свободных радикалов, парамагнитных комплексов, триплетных экситонов и сечение обменной конверсии позитрония парамагнитными частицами Предсказал новый механизм сдвига линий ЭПР за счет обменного взаимодействия Им рассчитаны константы скорости спинового обмена между парамагнитными частицами с произвольными спинами при диффузионном прохождении сталкивающимися частицами области взаимодействия.

Установлены новые проявления обменных взаимодействий в спектрах ЭПР систем, построенных из ионов с существенно разными скоростями парамагнитной релаксации, и на их основе реализована новая методика определения энергии обменного и диполь-дипольного взаимодействий ионов группы железа с редкоземельными ионами Предложена последовательная теория формы спектров ЭПР нитроксильных радикалов (парамагнитных меток) в растворах, предложен алгоритм разделения вкладов обменного и диполь-дипольного спин-спинового взаимодействия в фазовую релаксацию и перенос спиновой когерентности

Сформулировал новую парадигму спинового обмена и его проявления в ЭПР спектроскопии, в форме спектров ЭПР.

К.И.Замараев, Ю.Н.Молин, К.М. Салихов. Спиновый обмен. Наука, 1977; Yu. N. Molin, K.M. Salikhov, K. I. Zamaraev. Spin Exchange. Principles and Applications in Chemistry and Biology. Springer Verlag, Heidelberg Berlin, 1980; K.M. Salikhov. J. Magn. Res. 63, 271-279 (1985); Salikhov K.M., Galeev R.T., Voronkova V.K., et al. Appl. Magn. Res. 14, 457-472 (1998); Мамбетов А.Е., Салихов К.М. ЖЭТФ, 128, 1013-1024 (2005); K. M. Salikhov. Appl.Magn.Reson. 38, 237-256 (2010); B.L. Bales, M. M. Bakirov, R. T. Galeev, I. A. Kirilyuk, A. I. Kokorin & K. M. Salikhov. Тhe Current State of Measuring Bimolecular Spin Exchange Rates by the EPR Spectral Manifestations of the Exchange and Dipole-dipole interactions in Dilute Solutions of Nitroxide Free Radicals with Proton Hyperfine Structure.  Appl. Magn. Reson. 48, 1399-1447 (2017); K.M. Salikhov.  Peculiar Features of the Spectrum Saturation Effect when the Spectral Diffusion Operates: System with Two Frequencies. Appl. Magn. Reson. 49, no.12, 1417–1430 (2018); К.М. Салихов. Состояние теории спинового обмена в разбавленных растворах парамагнитных частиц.  УФН, 189, 1017-1043 (2019); К.М. Салихов, И.Т. Хайруждинов. Теоретическое исследование эффекта насыщения спектра ЭПР с учетом спектральной диффузии в системе с гауссовским распределением резонансных частот спинов. ЖЭТФ, 155, выпуск 5, 806-823 (2019); K.M. Salikhov. Appl. Magn. Reson. 51, 297-325 (2020); K.M. Salikhov. Fundamentals of spin exchange. Story of a paradigm shift. P.265, Springer (2019).

Салихов К.М. внес весомый вклад в изучение методами ЭПР первичных стадий ассимиляции солнечной энергии фотосинтетическими системами. Развил теорию времяразрешенных спектров ЭПР и теорию электронного спинового эха электрон-дырочных пар, которые образуются в реакционном центре фотосинтеза в синглетном состоянии. Для этой ситуации им предсказаны квантовые биения интенсивности линий ЭПР, аномальная фаза сигнала первичного спинового эха и линии двухквантового перехода в спектре ЭПР. Для фотосистемы 1 впервые дано описание наблюдаемых спектров ЭПР в X, Q, W диапазонах частот единым набором параметров, задающих взаимное расположение донора (димер хлорофилла) и акцептора электрона (хинон) и времена жизни электрона на первичном и вторичном акцепторах. Разработана теория поляризации электронных спинов в последовательности двух ион-радикальных пар, которые образуются на первичных стадиях фотосинтеза в результате переноса электрона от первичного акцептора к вторичному в реакционном центре природных и модифицированных фотосинтетических систем. Показано, что форма спектра ЭПР вторичной пары позволяет определить время жизни электрона на первичном акцепторе и величину обменного взаимодействия в первичной паре, недоступной для непосредственного наблюдения с помощью ЭПР из-за короткого времени жизни электрона на первичном акцепторе. Полученные результаты применяются для изучения разделения заряда на ранних стадиях фотосинтеза, в частности, для решения вопроса о канале переноса электрона на ранней стадии разделения зарядов в реакционном центре

К.М. Салихов, Ю.Е. Кандрашкин. УФН, 166, 207-210 (1996); Kev M. Salikhov, Yulia N. Pushkar, John H.Golbeck, Dietmar Stehlik. Appl. Magn. Reson. 24, 467-482 (2003).

Салихов К.М. внес существенный вклад в развитиеновых методов исследования и их приложений к системам, перспективным для квантовой информатики, спинтроники, оптоэлектроники. Под его руководством впервые создан алгоритм ЭПР томографии в средах с проводимостью и диэлектрическими потерями. Впервые с помощью ЭПР томографии визуализирован скин-слой По инициативе Салихова К.М. в КФТИ КазНЦ РАН начаты и успешно развиваются исследования нанокатализаторов и наноконтактов с помощью сканирующей зондовой микроскопии. С использованием электрохимического метода формирования контактов атомарных размеров были получены наноконтакты никеля с квантованной проводимостью. Он инициировал в КФТИ КазНЦ РАН создание фемтосекундной лазерной установки и исследования по когерентному контролю молекулярной и химической динамики с ее помощью. Впервые при комнатной температуре наблюдено фемтосекундное фотонное эхо в полимерной пленке поливинилбутурата, легированной молекулами красителя-фталоцианина. Особенно большое внимание он уделяет развитию квантовых вычислений с использованием спинов электронов и ядер в качестве кубитов. Салихов К.М. предложил протокол квантовой телепортации в системе электронных спинов. Главной особенностью этого протокола является использование спин-зависимых элементарных химических актов в качестве логических элементов в реализации алгоритма квантового вычисления. В настоящее время под его руководством реализуется программа работ по практической реализации квантовых алгоритмов с помощью спинов. Им предложен впервые протокол для реализации квантовой операции контролируемый-НЕ при использовании электронных спинов в качестве кубитов. Теоретически и экспериментально показано, что в экспериментах ЭПР с применением многоимпульсных последовательностей проявляется известный в квантовой информатике эффект (парадокс) Зенона.

Aminov K.L., Tseitlin M.P., Salikhov K.M. Appl. Magn. Reson. 16, 341-362 (1999); Tseitlin M.P., Salikhov K.M. Ziatdinov A.M. Appl. Magn. Reson. 28, 343-354 (2005); К.М. Салихов. УФН, 176, 664-669 (2006); Kev Salikhov, John H. Golbeck and Dietmar Stehlik. Appl. Magn. Reson. 31б 237-252 (2007); V.S. Lobkov, A.V. Leontiev, K.M. Salikhov, V.V. Samartsev, G.M. Safiullin, A.Yu. Vorobyev, V.A. Zuikov. Laser Phys. 17, No 3, 1-7 (2007); M.Yu. Volkov, K.M. Sflikhov. Appl. Magn. Reson. 41, 145-154 (2011); R. Zaripov, E. Vavilova, V. Miluykov, I. Bezkishko, O. Sinyashin, K. Salikhov, V. Kataev, and B. Buechner. Boosting of electron spin coherence in binuclear Mn complexes by multiple microwave pulses Phys.Rev. B 88, 0894418 -1-8 (2013).

Теория метода 4-х импульсного двойного электронного резонанса (ПЕЛДОР) обобщена с учетом перекрывания спектров ЭПР парамагнитных частиц (спин 1/2) в парах и возможное перекрывание спектров возбуждения парамагнитных центров пары СВЧ импульсами, формирующими наблюдаемый сигнал, и СВЧ импульсом накачки. Полученные результаты создают теоретическую базу для использования нитроксильных радикалов в качестве спиновых меток в ПЭЛДОР экспериментах в молекулярной биологии. 

K.M. Salikhov, I. Khairuzhdinov, R.B. Zaripov. PELDOR theory revisited. Appl. Magn. Reson. 45, 573-619 (2014), K. M. Salikhov and I. T. Khairuzhdinov. Four-Pulse ELDOR Theory of the Spin ½ Label Pairs Extended to Overlapping EPR Spectra and to Overlapping Pump and Observer Excitation Bands. 46, 57-83 (2015).

Предложены кинетические уравнения для спиновой матрицы плотности заряженных парамагнитных частиц в разбавленных растворах с учетом двойных столкновений. Получено уравнение для оператора эффективности столкновения для квазирезонансных спиновых процессов при диффузионном прохождении сталкивающимися частицами области обменного взаимодействия. Кулоновское взаимодействие между частицами в растворе электролита описывается дебай-хюккелевским потенциалом. Впервые численно рассчитаны (для частиц со спином ½) эффективные радиусы спинового обмена (переноса спиновой когерентности, переноса спинового возбуждения). Проанализирована зависимость эффективного радиуса спинового обмена от параметров обменного взаимодействия, параметров электростатического взаимодействия, подвижности парамагнитных частиц. Предсказания теории согласуются с имеющимися экспериментальными данными. 

K.M. Salikhov, A.Ye. Mambetov, M.M. Bakirov, I.T. Khairuzhdinov, R.T. Galeev, R.B. Zaripov, B. Bales. Spin exchange between charged paramagnetic particles in dilute solutions. Appl.Magn. Reson. 45, 911-940 (2014)

Под руководством Салихова К.М. разработаны, изготовлены, сертифицированы и эксплуатируются в поликлиниках низкополевые магнитно-резонансные томографы.

Отличительной особенностью творчества Салихова К. М. является тесное взаимодействие с экспериментаторами. Полученные им результаты широко применяются, они являются весомым вкладом в радиоспектроскопию, в химическую физику, в физику магнитных явлений, они нередко стимулировали постановку новых экспериментов. В области электронного парамагнитного резонанса, в теории спинового обмена при столкновении парамагнитных частиц, в теории магнитных и спиновых эффектов в элементарных фотохимических и фотофизических процессах Салихов К.М. является одним из лидеров в мировой науке. Написанные с его участием книги по этим разделам современной науки стали настольными для многих специалистов в нашей стране и за рубежом.