Сотрудники лаборатории “Рентгеновской оптики и физического материаловедения” (далее РО) БФУ им. И.Канта успешно применили уникальный метод рентгеновской микроскопии для изучения материалов в экстремальных условиях. Инновационный подход по изучению процессов происходящих при высоких давлениях был успешно реализован совместно с исследовательской группой Ивана Трояна из Института Кристаллографии РАН (ссылка) и Института Ядерных Исследований РАН (ссылка). Экспериментальные работы были проведены на станции ID15b – Европейского Центра Синхротронных Исследований (ESRF), в рамках выигранной заявки на исследовании (Proposal).

На фото исследовательская группа внутри экспериментальной части станции ID15b ESRF, г. Гренобль, Франция.

Суть метода заключается в применении высокоразрешающего рентгеновского микроскопа с использованием преломляющей рентгеновской оптики, для формирования детализированного фазо-контрастного изображения микрообъекта, находящегося между алмазными наковальнями (специальной ячейке, благодаря которой возможно создавать высокие давления), в жестком рентгеновском излучении.

Стоит отметить, что оптическое наблюдение за объектами, находящимися внутри алмазных наковален затруднено и наличие исследовательского инструмента, который позволит наблюдать за ними внутри наковален, существенно расширит возможности по изучению процессов при высоких давлениях.

Экспериментальная часть станции ID15b на которой проводились исследования

Схема высокоразрешающей рентгеновской микроскопии на основе преломляющей рентгеновской оптики была собрана в период с 25 по 31 октября. Как показали предварительные результаты, собранный рентгеновский микроскоп позволил заглянуть в камеру высокого давления с пространственным разрешением лучше 300 нм и разрешить микроскопические изменения и деформации образца во время изменения давления. Собранная схема позволяла параллельно проводить рентгеноструктурный анализ образцов.

Метод высокоразрешающей рентгеновской микроскопии уникален и не применялся другими исследовательскими группами для изучения процессов происходящих с микрообъектами при высоких давлениях.

На фото изображен процесс установки алмазной наковальни в держатель для образца

Примечательно, что Анатолий Снигирев, зав. лаборатории РО, принимал непосредственное участие в проектировании станции ID15b для высоких давлений и развитие станции на этом не останавливается. Планируется дополнительная модернизации станции для создания на ней постоянной опции высокоразрешающей рентгеновской микроскопии с непосредственным участием лаборатории РО.

Анатолий Снигирев вместе с Ириной Снигиревой во время установки образца

Продолжение работы по развитию высокоразрешающей  рентгеновской микроскопии для исследования процессов при высоких давлениях будут продолжаться также в БФУ на комплексе “SynchrotronLike” (ссылка), в рамках сотрудничества БФУ с Институтом Кристаллографии РАН.

А. Снигирев:

«Впервые идея применения рентгеновской микроскопии в физике высоких давлений была предложена и реализована нами совместно с группой Леонида и Натальи Дубровинских из Университета Байройта (University of Bayreuth, Germany) для исследования поведения микросфер из нанокристаллического алмаза в 2014 году. Локализация таких образцов в пучке с помощью оптического микроскопа оказалась невозможной, и мы предложили воспользоваться методом фазово-контрастной микроскопии в рентгеновских лучах, учитывая высокую когерентность излучения на современных синхротронах. Полученные результаты были опубликованы в научном журнале ScienceAdvances. На основании этих результатов, для модернизации станции для высоких давлений ID15b, была предложена новая концепция оптической схемы на базе преломляющей оптики, которая и была реализована в 2015-2016 гг на ESRF. Примененная «inline» геометрия транспорта рентгеновского излучения существенно упрощает настройку экспериментов, обеспечивает высокую механическую стабильность оптики, а, самое главное, позволяет совместить традиционный метод дифрактометрии с когерентной микроскопией. После перестройки станция была открыта для пользователей в прошлом году, и наша заявка на эксперимент успешно прошла конкурс. Мы надеемся, что полученные в ходе наших экспериментов результаты послужат дальнейшему развитию экспериментального инструментария для исследования материалов в экстремальных условиях и лягут в основу новых публикаций»