В период с 13 по 18 декабря молодые научные сотрудники и обучающиеся МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» Балтийского федерального университета (МНИЦ РО) совместно с сотрудниками НИЦ «Курчатовский институт» провели серию экспериментов на станции рентгеновской кристаллографии и физического материаловедения «РКФМ» – Курчатовского специализированного источника синхротронного излучения «КИСИ-Курчатов». В результате всех проведенных исследований была убедительно показана возможность преодоления микронного барьера и выхода на субмикронный уровень фокусировки рентгеновского пучка (разрешения) на источнике «КИСИ-Курчатов».
Субмикронная фокусировка успешно используется на современных синхротронных установках 3-го и 4-го поколений за рубежом для исследований в области материаловедения, биологии и медицины. Благодаря оптимизации оптической схемы и использовании когерентной рентгеновской оптики, разрабатываемой в нашей стране, субмикронная фокусировка стала реальна на источнике 2-го поколения. Это открывает возможность российским ученым проводить передовые исследования теперь и на отечественном источнике, что особенно актуально в условиях короновирусных ограничений, сложного выезда за рубеж для работы на иностранных синхротронах. Данный технологический прорыв является важным этапом на пути к созданию и развитию технологий формирования нанометрового пучка, что особенно важно в преддверии запуска новейших установок в России.
Достигнутый результат ярко отражает тот факт, что молодые ученые нашей страны под руководством НИЦ «Курчатовский институт» вносят значительный вклад в глобальную повестку в области “Мегасайенс”.
НИЦ «Курчатовский институт» (НИЦ КИ) является базовой организацией государств СНГ по развитию исследовательской инфраструктуры класса “Мегасайенс”. Организация, являющаяся главным в России центром компетенций по направлению «Мегасайенс», не только определяет глобальный вектор исследований и реализует научные изыскания, но и, совместно с университетами, формирует новый кадровый потенциал в этой сфере. Созданный в рамках принятого Правительством Российской Федерации постановления П220 (Мегагрант) МНИЦ РО уже на протяжении последних пяти лет работает в тесном взаимодействии с Курчатовским институтом, разрабатывая новые рентгенооптические технологии для новых установок Мегасайенс – класса. Кроме того, МНИЦ РО вносит свой вклад в решение одной из важнейших приоритетных задач Российской Федерации, курируемую НИЦ КИ – подготовка кадров для будущих источников класса Мегасайенс. Организованная под руководством НИЦ КИ зеркальная лаборатория «Инструменты и методы когерентной рентгеновской микрооптики», которая является структурным подразделением МНИЦ и представляет собой объединение ученых Eu-XFEL, DESY, ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, осуществляет научные исследования в общем предметном поле – разработка методик исследований, технологий и устройств для применения на станциях будущих российских источников синхротронного излучения и лазеров на свободных электронах.
Сотрудничество направлено на взаимодействие в области исследования и разработки элементов рентгеновской оптики, необходимой для развития источников синхротронного излучения, строящихся на территории России. Изготовление материалов и разработка элементов рентгеновской оптики проводится на базе БФУ им. И. Канта, а исследование и испытание этих элементов – на станциях КИСИ, DESY, Eu-XFEL, ESRF.
Демин Максим, проректор по научной работе БФУ им. И. Канта
«Использование когерентных пучков и источников синхротронного излучения 4-го поколения с ультрамалым эмиттансом, сфокусированных до нанометровых размеров, открывает новые перспективы в области междисциплинарных исследований микро- и нанообъектов, в том числе, за счет достижения нанометрового пространственного разрешения экспериментальных методов когерентной дифракции, рентгеновской микроскопии, птайкографии и других. Указанные возможности представляют большой интерес для будущих исследований в различных научных областях, включая прикладное материаловедение, физику наносистем, химию, биологию, медицину, природоподобные технологии, гибридные системы и другие, тем самым, обеспечивая развитие междисциплинарных направлений исследований».
Развиваемые в рамках текущих работ методы и подходы планируется в дальнейшем применить для получения нанопучков, характеристики которых сопоставимы с ведущими источниками синхротронного излучения в мире (размер поперечного сечения до ~20–50 нм и менее), в ходе проектирования и создания будущих экспериментальных станций, посвященных анализу наноструктуры изучаемых объектов и когерентным методам визуализации, что представляется актуальным в связи с запланированным созданием в России источников синхротронного излучения 4-го поколения и рентгеновского лазера на свободных электронах – Мегаустановки СИЛА.
Зверев Дмитрий, научный сотрудник МНИЦ РО:
«В ходе экспериментов, по исследованию оптических свойств изготовленной пластины с наборами составных преломляющих линз на станции РКФМ, КИСИ-Курчатов, были отработаны методика позиционирования линз относительно пучка синхротронного излучения и процедура регистрации профиля распределения интенсивности пучка при его прохождении через выбранную фокусирующую систему составных линз. Исследуемая система линз была сориентирована таким образом, что пучок засвечивал только одну из наборов составных преломляющих линз, и их выбор обеспечивался автоматизированным смещением пластины перпендикулярно направлению распространения пучка. Также, была теоретически изучена инструментальная (аппаратная) функция оптической схемы, позволяющая учитывать особенности станции, что планируется использовать в дальнейших работах в ходе анализа экспериментальных данных».
Кроме того, серия экспериментов, проведенная в декабре, была посвящена исследованию различных наборов кремниевых линз на предмет повышения их эффективности, а так же наблюдению интерференционных эффектов связанных с так называемым «глитч-эффектом».
Климова Наталия, младший научный сотрудник МНИЦ РО:
«Данный эффект возникает тогда, когда для преломляющей линзы, изготовленной из монокристаллического материала (например, алмаза, кремния), выполняется условие дифракции. То есть, когда для какого-то набора атомных плоскостей материала, из которого изготовлена линза, удовлетворяется условие, при котором часть интенсивности рентгеновского излучения, попадающего на линзу, диффрагирует в определённом направлении. Таким образом, данный эффект приводит к потере интенсивности сфокусированного луча. Однако, при всем своем негативном влиянии этот же эффект может быть использован для точного определения различных параметров самой линзы – статья про подобное использование «глитч-эффекта» будет в ближайшее время выпущена в журнале Journal of Synchrotron Radiation. В рамках эксперимента на станции РКФМ была предпринята попытка наблюдать дополнительные эффекты, которые могут в будущем улучшить параметры монокристаллических линз, а так же приведут к новым возможностям в применении подобной фокусирующей оптики. Измеренные данные все еще обрабатываются, так что о результатах эксперимент будет сообщено позже.»
Поездка была организована за счет средств БФУ им. И. Канта и частично за счет средств РФФИ № 19-29-12043 мк.
