Первые в мире алмазные микролинзы: ученые МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок Мегасайенс» представляют линзы для источников рентгеновского излучения нового поколения
Результат является уникальным, поскольку алмаз считается самым твердым материалом на Земле. Как известно, придание формы алмазу и последующее превращение его в бриллиант — это задача, которую веками решали самые искусные ювелиры. Но для рентгеновской оптики, вместо плоской огранки, должна быть выдержана сложная двумерная параболическая форма, а качество поверхности должно быть сравнимо с бриллиантами.
Классические методы обработки алмазов в таком случае не работают. Необходимы были новые технологии. Некоторое время назад учеными была предложена лазерная резка или профилирование алмаза для изготовления коллиматоров и конденсоров рентгеновского пучка. Но, к сожалению, особенность взаимодействия лазерного излучения с материалами не позволяет получать гладкую поверхность малой кривизны, необходимых для микронных размеров оптики. Поэтому,для выполнения этой задачи было предложено использовать новый подход: ионно-лучевую литографию с использованием сфокусированного ионного пучка — установки FIB (Focued ion beam).
Основным преимуществом такого подхода является то, что ионным пучком можно производить прямую модификацию поверхности любого твердого тела. Это позволяет воссоздать точную форму задаваемого рисунка любой сложности всего в один заход (для сравнения, в классической технологии микроэлектроники таких шагов может быть не один десяток). Испытания изготовленных линз было проведено на немецком синхротроне DESY@PETRAIII в Гамбурге, на экспериментальной станции P14. Полученные результаты показали отличные фокусирующие свойства и идеальную стыковку одиночных линз в сборке.
Новый вид микро-оптики будет наиболее востребованным на новых (проект “СКИФ”, строящийся в рамках выполнения национального проекта “Наука”) и обновленных (ESRF-EBS, PETRA IV) когерентных источниках синхротронного излучения и лазерах на свободных электронах.
Полина Медведская, сотрудник МНИЦ:
“Нам очень повезло, что уникальный прибор FIB, который может осуществить метод микро- и нано- модификации материалов находится в нашем университете, а рентгеновские линзы можно изготавливать из синтетического алмаза прямо в лаборатории. После тщательной оптимизации параметров установки нам удалось покорить алмаз, и нами были получены первые миниатюрные линзы с апертурой 20 мкм и радиусом 5 мкм (для сравнения, средняя толщина человеческого волоса составляет 50-100 мкм). Наши линзы получились очень гладкими — с нанометровой шероховатостью. Такого качества алмазной поверхности в области преломляющей рентгеновской оптики не удавалась сделать никому в мире. Этот результат позволяет создать новый класс приборов, которые станут максимально востребованы на самых современных синхротронных источниках класса “Мегасайенс”, в том числе и на строящемся в России синхротронном источнике СКИФ, в проекте создания которого мы принимаем активное участие. Это связано с тем, что только алмаз может выдержать высокую мощность излучения этих источников. Алмазные микролинзы будут использованы для компактных рентгеновских микроскопов в различных экспериментальных схемах.”
Иван Лятун, сотрудник МНИЦ:
“Стоит добавить, что нам удалось не просто изготовить алмазные микролинзы первыми в мире, но еще и предложить достаточно технологичный способ их изготовления практически за один цикл — абсолютно все работы от раскроя исходной алмазной пластины до сбора нескольких оптических элементов в линию с нанометровой точностью были выполнены в камере двухлучевой FIB-SEM системы. Очевидно, что на достигнутом результате мы не остановимся — у нас большие планы по развитию данной микро-оптики. Я уверен, что эта работа станет новым вектором развития нашего взаимодействия с европейским лазером на свободных электронах (EuXFEL) в рамках созданной зеркальной лаборатории и строящимся в России новом источнике синхротронного излучения СКИФ 4+”
За первые пять дней было совершено более 130 просмотров научной статьи на сайте ResesearschGate.
Работа была выполнена за счет средств РНФ проекта №19-72-30009.
