Сотрудники МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» (МНИЦ «РО») БФУ им. И. Канта совместно с коллегами из ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН и Института проблем технологии микроэлектроники РАН разработали устройство, предназначенное для микро- и нано-фокусировки рентгеновского пучка с возможностью коррекции астигматизма. Оно позволяет получать изображения объектов с невероятно малыми размерами за счёт повышения разрешающей способности оптической системы. На данный момент создан опытный образец устройства и проведены испытания его эффективности.

Устройство предназначено как для лабораторных, так и синхротронных исследований, в частности, для исследований на синхротронном источнике «КИСИ-Курчатов» (НИЦ «Курчатовский институт»), на специализированном синхротронном источнике «СКИФ» в Новосибирской области, на будущей мегаустановки «СИЛА» в Протвино – синхротрона 4-го поколения с рентгеновским лазером на свободных электронах.

Все работы по сборке, настройке и юстировки устройства были выполнены на базе многофункционального комплекса подготовки и проведения синхротронных исследований «SynchrotronLike» БФУ им. И. Канта.

Фокусировка рентгеновского излучения в устройстве происходит при помощи кремниевых планарных преломляющих линз. Они представляют собой интегральную линзовую систему, сформированную на пластинах монокристаллического кремния. Особенность таких чипов состоит в том, что усовершенствованная технология их изготовления позволяет разместить на чипе из монокристаллического кремния размером не более двух сантиметров десятки наборов составных преломляющих линз (СПЛ), каждый из которых может содержать различное количество единичных линз. Подобная топология применяемых чипов позволяет использовать устройство для фокусировки рентгеновских лучей с различными длинами волн и на различных фокусных расстояниях.

В разработанном устройстве два таких чипа с линзами, и они расположены ортогонально друг за другом вдоль оптической оси, что позволяет получить двумерную микро- и нано- фокусировку рентгеновского пучка с заданными параметрами. Первый чип фокусирует рентгеновское излучение в вертикальном направлении, а второй – в горизонтальном. За счет отдельной настройки каждого чипа можно легко устранить астигматизм фокусирующей системы.

Михаил Сороковиков, младший научный сотрудник МНИЦ «РО»:
«Принято считать, что преломляющие рентгеновские линзы изготавливаются в металлах методом прессования. Большинство рутинных схем микрофокусировки построены на такой оптике. Но если речь заходит о нанометровом разрешении, точность изготовления линз требует нанотехнологии, а именно, технологии микроэлектроники и микроэлектромеханических систем (МЭМС). Это позволяет добиться уникального качества поверхности и формы оптики».

Дмитрий Зверев, научный сотрудник МНИЦ «РО»:
«Применение разрабатываемых универсальных рентгенооптических устройств на основе кремниевых планарных линз в сочетании с совершенствующимися методиками использующими микро- и субмикронную фокусировку (такие как двумерная фокусировка, когерентная дифракция, рентгеновская микроскопия, птайкография и др.), в том числе, за счет достижения субмикронного пространственного разрешения, открывает новые перспективы исследований в различных научных областях, включая прикладное материаловедение, физику наносистем, химию, биологию, медицину».

Анатолий Снигирев, директор МНИЦ «РО»:
«Благодаря развиваемым в нашей группе технологиям и компетенциям в области когерентной рентгеновской оптики для источников синхротронного излучения четвертого поколения, мы накопили серьезный опыт, как в научно-исследовательской, так и в производственной сфере. Недавно полученные результаты лабораторных и синхротронных испытаний планарной преломляющей оптики и устройства на ее основе продемонстрировали это. Сейчас, как никогда, необходимы такие результаты, чтобы внедрить полученные знания в проекты установок класса Мегасайенс «СКИФ» и «СИЛА». Строительство столь крупных установок требует вовлечение всего научного потенциала страны с целью достижения задач повышения эффективности, конкурентоспособности и технологического суверенитета в уникальном высокотехнологичном приборостроении для развития научной инфраструктуры России».

Исследование выполнено в рамках стратегического проекта БФУ им. и. Канта «Балтийская долина» по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»).

Источник: Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта.