Лаборатория рефлектометрии и малоуглового рассеяния - Основные научные достижения

 

Разработан и экспериментально реализован рентгеновский метод контроля шероховатости сверхгладкиих поверхностей (среднеквадратичная высота шероховатости, которых не превосходит 1 нм), основанный на анализе угловой зависимости рассеянного в условиях полного внешнего отражения рентгеновского излучения.

Разработана методика контроля параметров регулярных наноструктурированных поверхностей с высотой шероховатости на уровне 0,1-1 нм, основанная на анализе углового распределения рассеянного рентгеновского излучения в условиях полного внешнего отражения. Получены теоретические выражения, позволяющие описать особенности рентгеновского рассеяния на ступенчатых наноструктурах. Созданная методика позволяет с точностью до 1 градуса установить ориентацию периодического нанорельефа, определить его средний период и степень разупорядоченности по всей исследуемой поверхности, а также эффективную высоту шероховатости поверхности.

Разработаны основные алгоритмы аналитического программного комплекса БАРД – Базовый Анализ Рефлектометрических Данных (BARD – Basic Analysis of Reflectomtry Data), инструмента для анализа строения тонких многослойных пленок и наноструктур различной природы по данным рентгеновской рефлектометрии.

С использованием БАРД исследованы структурные особенности ряда реальных образцов, в том числе плёнок из монослоя диад порфирина-фуллерена (TBD6a), оптически прозрачных плёнок, состоящих из оксида индия-олова (ITO) и слоя цинковых диад фуллерена-порфирина (ZnDHD6ee).

При помощи БАРД определена структура мультислоевых объектов блок-дендримеров с блочным распределением химически разнородных алифатических (децильных) и мезогенных (азобензольных) концевых групп.

Показана возможность нахождения новых структурных инвариантов многослойных плёнок по данным рефлектометрических измерений и предложен новый тип рефлектометрического эксперимента, позволяющий рассчитать комплексную амплитуду рассеяния от многослойной пленки.

С участием сотрудников лаборатории создано программное обеспечение для исследования структуры наноразмерных моно- и полидисперсных систем по данным малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов.

Методом аномального малоуглового рассеяния исследована структура многослойных систем с включениями наночастиц металлов.

Исследована структура ряда биополимерных молекул и их комплексов в растворе.

С помощью метода малоуглового рентгеновского рассеяния определены различия в морфологии молекул иммуноглобулина М и ревматоидного фактора человека.

Методы интерпретации данных малоуглового рассеяния, предназначенные для исследования монодисперсных растворов белков, успешно применены для полимерных образцов с наночастицами различной природы.

Методом малоуглового рентгеновского рассеяния исследованы структурные перестройки в кластерах холестерических жидкокристаллических дисперсий, сформированных из двухцепочечных молекул ДНК, в комплексе с солями гадолиния.

Получено приближённое аналитическое выражение для формфактора эллиптического тора как функции модуля вектора малоуглового рассеяния. Выражение обобщено для случая двойного симметричного и несимметричного торов и применено для определения параметров структурных моделей молекул ряда шаперонинов в растворе.

Для проведения томографических и топо-томографических исследований нами было создано несколько рентгеновских микротомографов. В их конструкции используются как линейные позиционно-чувствительные детекторы, так и детекторы на базе CCD-матриц. Применение различных увеличивающих рентгенооптических элементов позволяет получать разрешение от 100 мкм до 1 мкм при поле зрения от 100 мм до 1 мм.

С использованием методов численного моделирования проведен теоретический анализ изображающих свойств двух рентгенооптических элементов для лабораторной рентгеновской микроскопии – асимметричного кристалла-монохроматора и рентгеновской капиллярной пузырьковой линзы.

Создан комплекс программного обеспечения для обработки данных томографических экспериментов реализующий метод свёртки и обратного проецирования и модифицированный автором алгебраический метод. Реализованная возможность распараллеливания этих алгоритмов на несколько вычислительных узлов позволяет эффективно использовать разработанные программы на современных многопроцессорных компьютерах.

Впервые в лабораторных условиях выполнены топо-томографические исследования пространственной структуры двух кристаллов различной природы, а именно синтетического фторида лития и природного алмаза.