Исследование эмиссионных свойств кластерных пучков при возбуждении импульсным лазерным излучением и квазимолекул в области экстремального ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения.

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 проекта 17-12-01227

НазваниеИсследование эмиссионных свойств кластерных пучков при возбуждении импульсным лазерным излучением и квазимолекул в области экстремального ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения.

Руководитель Салащенко Николай Николаевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" , Нижегородская обл

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований 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 слова Кластеры, кластерные пучки, столкновительные процессы, плазма, радиационные переходы, эмиссия излучения, рентгеновское излучение, квазимолекулы.

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время активно развиваются исследования в области коротковолнового (экстремального ультрафиолетового - ЭУФ, и мягкого рентгеновского - МР) излучения, что в значительной мере определяется развитием технологии изготовления и методов диагностики многослойной оптики для этого диапазона. В частности, появились возможности создания на основе многослойных зеркал новых дисперсионных элементов и изображающей оптики дифракционного качества. Ранее исследования в МР и ЭУФ диапазоне с применением многослойной оптики были связаны с задачами диагностики лабораторной и космической плазмы, решением проблем коротковолновой проекционной нанолитографии. В настоящее время появляются новые области приложений, связанные с изучением структуры и упорядочения нанообъектов, как природных, так и искусственных. Новые приложения представляют интерес для биологии, супрамолекулярной химии, физики наноструктур, открывают новые возможности для разработки катализаторов, биологически активных веществ, наноустройств. В лабораторных установках, как правило, используются рентгеновские трубки либо плазменные источники. Рентгеновские трубки просты, надежны и удобны в работе, но, тем не менее, они характеризуются существенными недостатками, такими как малая интенсивность и фиксированная узкая полоса излучения. В плазменных источниках, как правило, используется либо разреженная плазма (10:15-10:17 см-3) в стационарном режиме, либо нестационарная плотная плазма (10:23 см-3). В первом случае источник излучения обеспечивает стабильное интенсивное излучение на ряде узких спектральных линий. Во втором случае источник дает интенсивное излучение в широком спектральном диапазоне, но отличающееся от импульса к импульсу. В настоящее время к лабораторным источникам излучения предъявляются следующие требования: высокая мощность, широкая полоса излучения и стабильность эмиссионных характеристик. Удовлетворить данным требованиям можно при переходе к новым типам мишеней, таким как отвердевшие кластеры газов. Также в качестве эмиссионных центров могут быть использованы квазимолекулы. Использование кластеров в качестве мишеней импульсного лазерно-плазменного источника позволяет решить проблему нестабильности мишени – для каждого последующего импульса пучок кластеров представляет собой новую мишень. Также важно, что кластеры представляют собой нанообъекты, обладающие твердотельными плотностями, что при прежних мощностях возбуждения позволяет получить большую ионизацию образующейся плазмы. Особый интерес представляет собой использование в качестве мишеней сложных многослойных кластеров, что может существенно изменить процессы возбуждения и релаксации плазмы и, соответственно, увеличить интенсивности эмиссионных спектров. Также перспективно использование источников МР и ЭУФ излучения с возбуждением вещества при столкновении ускоренных кластеров с массивной твердотельной мишенью. В зоне столкновения наблюдаются высокая плотность вещества и высокая плотность энергии, достаточная для образования квазимолекул. Существование квазимолекул установлено ранее в результате анализа эмиссионных спектров, наблюдающихся при столкновениях быстрых ионов с массивными твердотельными мишенями. Подобные процессы достаточно полно исследованы для энергий налетающих ионов 0.1-200 МэВ и энергий излучаемых квантов в 5-30 кэВ. Было экспериментально показано, что при столкновениях, наряду с характеристическим излучением ионов, появляются молекулярные полосы излучений, которые демонстрируют интенсивность на три порядка превышающие интенсивность тормозного излучения. Наблюдалось широкополосное рентгеновское излучение, существенно превышающее ширину спектральных линий атомов и ионов, появляющееся как из-за особенностей электронной структуры квазимолекул, так и из-за непрерывного изменения расстояния между ионами, составляющими квазимолекулу. Для МР и ЭУФ областей излучения систематических исследований эмиссионных спектров квазимолекул не проводилось. Эмиссия МР и ЭУФ излучения при образовании квазимолекул должна протекать при переходах электронов с участием “молекулярных” энергетических уровней, образуемых субвалентными электронами. В случае формирования излучения квазимолекулами, составленными из тяжелых атомов, “молекулярные” энергетические уровни будут сформированы электронами, расположенными на L-, M-, N- уровнях. Таким образом, использование квазимолекул как источников МР и ЭУФ излучения позволит реализовать мощный и широкополосный источник излучения, отличающийся стабильностью эмиссионных характеристик. В рамках выполнения проекта будут решены следующие задачи. -Будет создана установка для комплексного исследования эмиссионных свойств кластерных пучков в области МР и ЭУФ излучения. -Будут развиты неразрушающие методы диагностики свободных кластерных пучков, в частности по рассеянию рентгеновского излучения кластерами. -Будут изучены эмиссионные свойства кластеров различных составов, размеров и структуры при возбуждении импульсным лазерным излучением. -Будут изучены спектры излучения квазимолекул, образующихся в результате бомбардировки массивного твердого тела кластерами различных размеров и структуры. Исследования эмиссионных полос излучения позволят установить электронную структуру квазимолекул и процессы, происходящие при образовании квазимолекул. По результатам проведенных экспериментов предполагается построение феноменологической теории формирования эмиссионного излучения из квазимолекул.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Н.Н. Салащенко, М.Н. Торопов, В.Н. Полковников, Н.И. Чхало Deposition of Mo/Si multilayers onto MEMS micromirrors and its utilization for extreme ultraviolet maskless lithography Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena, №. 6, т.35, с.062002, 2017 (год публикации - 2017)
10.1116/1.4995369

2. А.Н. Нечай, Н.И. Чхало, М.Н. Дроздов, С.А. Гарахин, Д.Е. Парьев, В.Н. Полковников, Н.Н.Салащенко, М.В.Свечников, Ю.А. Вайнер, Ф. Дельмонт, Е. Мильчаков. Study of oxidation processes in multilayer Mo/Be nanofilms Journal of Applied Physics (год публикации - 2018)

3. С.А. Гарахин, А.Я. Лопатин А.Н. Нечай, А.Е. Пестов, Н.Н. Салащенко, М.Н. Торопов, Н.Н. Цыбин, Н.И. Чхало, А.В. Водопьянов, С.В. Голубев, С. Юлин The energy conversion efficiency of laser light into radiation at a range 6-7 nm upon irradiation of a pulsed double-stream Xe:He jet Applied Physics Letters (год публикации - 2018)

4. Н.Н. Салащенко, Н.И. Чхало, В.Н. Полковников, Н.Н. Цыбин, А.Я. Лопатин, Д.А. Гаман, М.С. Свечников, С.Ю. Зуев, Ф. Шафферс, А.Соколов, А.Н. Нечай, Д.А. Парьев Be-containing structures for solar astronomy Thin Solid Films (год публикации - 2018)

Публикации

1. Н.И. Чхало, С.В. Кузин, А.Я. Лопатин, В.И. Лукин, Н.Н. Салащенко, С.Ю. Зуев, Н.Н. Цыбин Improving the optical and mechanical characteristics of aluminum thin-film filters by adding thin cap layers Thin Solid Films, Т. 653. С. 359-364 (год публикации - 2018)
10.1016/j.tsf.2018.03.051

2. А.Н. Нечай, Н.И. Чхало, М.Н. Дроздов,С.А. Гарахин, Д.Е. Парьев, В.Н. Полковников, Н.Н. Салащенко, М.В. Свечников, Ю.А. Вайнер, Е. Мильчаков, Ф. Дельмотт Study of oxidation processes in Mo/Be multilayers AIP Advances, Т. 8. – №. 7. – С. 075202 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5007008

3. Н.И. Чхало, С.А. Гарахин, А.Я. Лопатин, А.Н. Нечай, А.Е. Пестов, В.Н. Полковников, Н.Н. Салащенко, Н.Н. Цыбин, С.Ю. Зуев Conversion efficiency of a laser-plasma source based on a Xe jet in the vicinity of a wavelength of 11 nm AIP Advances, 2018. – Т. 8. – №. 10– С. 105003. (год публикации - 2018)
10.1063/1.5048288

4. Н. Чхало, А. Лопатин, А. Нечай, Д. Парьев, А. Пестов, В. Полковников, Н. Салащенко, Ф. Шафферс, М. Сертсу, А. Соколов, М. Свечников, Н. Цыбин, С. Зуев Beryllium-Based Multilayer Mirrors and Filters for the Extreme Ultraviolet Range Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Т. 19. – №. 1. – С. 546-553 (год публикации - 2019)
10.1166/jnn.2019.16474

5. Н.И. Чхало, С.А. Гарахин, С.В. Голубев, А.Я. Лопатин, А.Н. Нечай, А.Е. Пестов, Н.Н. Салащенко, М.Н. Торопов, Н.Н. Цыбин, А.В. Водопьянов, С. Юлин A double-stream Xe: He jet plasma emission in the vicinity of 6.7 nm Appl. Phys. Lett., Т. 112. – №. 22. – С. 221101 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5016471

6. Н.И. Чхало, Н.Н. Салащенко МНОГОСЛОЙНАЯ ИЗОБРАЖАЮЩАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ ОПТИКА В ИФМ РАН ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, т.83.-№2.-с.124-131. (год публикации - 2019)

7. Д.С. Квашенников, Ю.А. Вайнер, С.Ю. Зуев, В.Н. Полковников ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В МНОГОСЛОЙНЫХ ЗЕРКАЛАХ Mo/Y Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования., № 3, с.1–5 (год публикации - 2019)

8. Н.И. Чхало, С.А. Гусев, А.Н. Нечай, Д.Е. Парьев, А.Е. Пестов, В.Н. Полковников, Н.Н. Салащенко, Д. Татарский, М.В. Свечников, Ф. Шафферс, М. Сертсу, А. Соколов, Ю.А. Вайнер, М.В. Зорина Influence of barrier interlayers on the performance of Mo/Be multilayer mirrors for next-generation EUV lithography Optics Express (год публикации - 2019)

Публикации

1. Чхало Н.И., Гусев С.А., Нечай А.Н., Парьев Л.Е., Пестов А.Е., Полковников В.Н., Салащенко Н.Н., Татарский Д., Свечников М.В., Шафферс Ф., Сертцу М., Соколов А., Вайнер Ю.А., Зорина М.В. Influence of barrier interlayers on the performance of Mo/Be multilayer mirrors for next-generation EUV lithography. Optics Express, V. 26, Iss. 26, P. 33718-33731 (год публикации - 2018)
10.1364/OE.26.033718.

2. Чхало Н.И., Дроздов М.Н., Гусев С.А., Лопатин А.Я., Лучин В.И., Салащенко Н.Н., Татарский Д.А., Цыбин Н.Н., Зуев С.Ю. Investigation of thermo stability of Al thin film filters with protective MoSi2 cap layers. Applied Optics, Vol. 58, Issue 1, pp. 21-28 (год публикации - 2019)
10.1364/AO.58.000021

3. Полковников В.Н., Чхало Н.И., Мильчаков E., Дельмотт Ф., Зуев С.Ю., Салащенко Н.Н., Цыбин Н.Н. Стабильные многослойные отражающие покрытия на длину волны λ(HeI)=58.4 нм для солнечного телескопа проекта КОРТЕС. Письма в ЖТФ, т. 45, вып. 3, c. 26-29 (год публикации - 2019)
10.21883/PJTF.2019.03.47268.17369

4. Чхало Н.И., Полковников В.Н., Плешков Р.С., Салащенко Н.Н., Свечников М.В., Соколов А., Шафферс Ф., Вайнер Ю.А., Зуев С.Ю. Stable high-reflection Be/Mg multilayer mirrors for solar astronomy at 30.4 nm. Optics Letters, Vol. 44, Iss. 2, pp. 263-266 (год публикации - 2019)
10.1364/OL.44.000263.

5. Чхало Н.И., Лопатин А.Я., Пестов А.Е., Салащенко Н.Н., Демин Г.Д., Дюжев Н.А., Махиборода М.А. Maskless nanolithography on the basis of microfocus X-ray tubes: conversion of electron energy into the Be Kα line SPIE Proceed (год публикации - 2019)
10.1117/12.2522105.

6. Нечай А.Н., Перекалов А.А., Чхало Н.И., Салащенко Н.Н., Забродин И.Г., Каськов И.А., Пестов А.Е. Модульная установка для формирования и исследования кластерных пучков инертных и молекулярных газов Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, №.9. С.83-92 (год публикации - 2019)
10.1134/S0207352819090099

7. Нечай А.Н., Перекалов А.А., Чхало Н.И., Салащенко Н.Н. Эмиссионные свойства лазерной плазмы при ее возбуждении на молекулярно-кластерных струях углекислоты. Журнал технической физики, том 89, вып. 11 с1656 (год публикации - 2019)
10.21883/JTF.2019.11.48324.131-19

8. Нечай А.Н., Перекалов А.А., Чхало Н.И., Салащенко Н.Н. Наблюдение лазерной искры на скачке уплотнения. Письма в ЖТФ, том 45, вып. 19 с.14 (год публикации - 2019)
10.21883/PJTF.2019.19.48310.17862