КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 23-22-00422

НазваниеРазработка высокоразрешающей преломляющей микрооптики из рентгеноаморфных материалов для источников синхротронного излучения.

РуководительЛятун Иван Игоревич,

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта", Калининградская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2024 г. 

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-210 - Взаимодействие рентгеновского, синхротронного излучений и нейтронов с конденсированным веществом

Ключевые словарентгеновская преломляющая микрооптика, микрообъективы, аморфные рентгеноптические материалы, когерентное рентгеновское излучение, высокоразрешающая рентгеновская микроскопия, ионно-лучевая литография

Код ГРНТИ29.19.25


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Данный проект направлен на поиск перспективных рентгеноаморфных материалов и методов их структурирования для создания нового типа преломляющей рентгеновской микрооптики и микрообъективов нанометрового разрешения для современных дифракционно-ограниченных источников когерентного синхротронного излучения. Актуальность научной задачи данного проекта связана со стремительным развитием и появлением новых дифракционно-ограниченных синхротронных источников 4-го поколения, строительство которых начато на территории Российской Федерации и отсутствием требуемой высококачественной радиационно- и термостойкой рентгеновской оптики для таких источников. Новое поколение преломляющей оптики для таких источников должно основываться на рентгеноаморфных материалах, которые не создают нежелательных искажений волнового фронта, и способные выдерживать экстремальные термические и радиационные нагрузки, возникающие на таких источниках. Высокая степень пространственной когерентности источников СИ 3-го и 4-го поколения является причиной формирования устойчивой спекл-картины от дефектов и внутренней кристаллической структуры материалов используемых сегодня оптических элементов (бериллий, алюминий, никель), что существенно ограничивает предельные характеристики линз. Поэтому основной задачей данного проекта является - поиск новых перспективных аморфных когерентно-совместимых материалов и подходов их микрообработки для изготовления нового типа рентгеновской перломляющей оптики - высокоразрешающих микролинз с рентгеноаморфной внутренней структурой, обладающих высокой точностью профиля и необходимым качеством оптической поверхности. Сочетание дифракционно-ограниченного мощного источника синхротронного излучения и высокоразрешающей оптики позволит использовать весь потенциал новых источников рентгеновского излучения для широкого спектра приложений пользователями синхротронного излучения.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта ожидается разработка метода изготовления нового поколения высокоразрешающих микрообъективов из рентгеноаморфных материалов, что позволит решить проблему формирования нежелательных спеклов от внутренней кристаллической микроструктуры линз при когерентном освещении и существенно упростит проведение экспериментов по высокоразрешающей визуализации объектов на новом поколении источников синхротронного излучения. Наличие высокоразрешающих рентгеновских микрообъетивов для источников СИ 4-го поколения позволит не только использовать весь потенциал современных рентгеновских источников, но также развивать и использовать такие методы фазово-контрастной визуализации как как микроскопия и микротомография для широкого круга приложений в области науки и техники. Предварительные оценки показывают, что новый тип микрообъективов позволит получать на современных синхротронных источниках класса “Мегасайенс” дифракционную фокусировку с размером пятна менее 50 нм в жестком рентгеновском диапазоне, что является несомненным прорывом в области рентгеновской микроскопии и визуализации мирового значения. Данный результат становится возможным благодаря сочетанию перспективных рентгеноаморфных материалов и прецизионных и точных методов их обработки на наноуровне. Однозначно, что достигнутые результаты позволяют не только развить но и приобрести новые компетенции по использованию и микрообработке аморфных материалов для рентгенооптических приложений научным коллективом, а также закрепить приоритеты российской науки на международном уровне.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Научной группой проекта была выполнена работа по исследованию перспективных материалов и методов их микрообработки для создания высокоразрешающих рентгеновских микрооптики. Разработано программное обеспечение для расчета оптических характеристик материалов, в том числе композитных, в энергетическом диапазоне 1-200 кэВ. Показано, что разрешающая способность микрооптики (радиус кривизны R = 5 мкм) превосходит классические рентгеновские линзы (R = 50 мкм) в 2-5 раз в зависимости от материала. В рамках работы были сформулированы требования к качеству микролинз и выполнены оценки временных затрат для изготовления микрооптики (R < 5 мкм) методом ионно-лучевой литографии (ИЛЛ) из рентгеноаморфных материалов на примере бора и оксида кремния и монокристаллических материалов - алмаза и кремния. Произведена оптимизация временных затрат для метода ИЛЛ посредством оптимизации рабочей апертуры линзы, радиуса кривизны, материала. Написано программа создания 3D дизайна микролинз для возможности изготовления их с использованием литографической приставки Raith Multibeam. Экспериментально показано, что применение газовой химии для FIB-SEM систем позволяет снизить время изготовления микролинзы в 2 раза. Показано, что метод ионно-лучевой литографии на базе Ga+ колонны, в сочетании с системой газовой химии, позволяет изготовить набор алмазных микролинз с предельным разрешением около 100 нм за 100-300 часов. В рамках реализации 1-го этапа проекта было подано для публикации в научные журналы 2 статьи. Апробация научных результатов была выполнена на профильной конференции [1]. Экспериментальная работа была выполнена на двухлучевой FIB-SEM системе Zeiss Crossbeam 540, входящей в состав уникальной научной установки «Научно-образовательный многофункциональный комплекс подготовки и проведения синхротронных исследований» (УНУ «SynchrotronLike»). [1] Новость на официальном сайте БФУ им. И. Канта - “Ученые БФУ приняли участие в конференции «Электронно-лучевые технологии и рентгеновская оптика в микроэлектронике», https://www.kantiana.ru/news/uchenye-bfu-prinyali-uchastie-v-konferentsii-elektronno-luchevye-tekhnologii-i-rentgenovskaya-optika/

 

Публикации

1. A.C. Нарикович, И.И. Лятун, Д.А. Зверев, И.Б. Панормов, А.А. Лушников, А.В. Синицын, А.А. Баранников, П.Н. Медведская, А.С. Коротков и А.А. Снигирев X-ray Transfocators: Tunable X-Ray Focusing Apparatus Based on Compound Refractive Lenses Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2023, Vol. 17, No. 6, pp. 1258–1266 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S1027451023060149

2. ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ МИКРООПТИКА: ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ X-ray High-resolution X-ray refractive micro-optics: technologies and materials Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, - (год публикации - 2024)

3. - Ученые БФУ приняли участие в конференции «Электронно-лучевые технологии и рентгеновская оптика в микроэлектронике» Новость на официальном сайте БФУ им. И. Канта, Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 23-22-00422. (год публикации - )

4. - Ученые БФУ приняли участие в конференции «Электронно-лучевые технологии и рентгеновская оптика в микроэлектронике» Новость на официальном сайте лаборатории МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс», Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 23-22-00422. (год публикации - )