Том 69, № 4 (2024)

Теоретически исследуются особенности фокусировки рентгеновских лучей с помощью рефракционно-дифракционной линзы, состоящей из двух асимметрично отражающих кристаллов с факторами асимметрии, произведение которых равно единице, и преломляющей линзы с большим фокусным расстоянием. Кристаллы позволяют сократить фокусное расстояние линзы в b² раз, где b – фактор асимметрии второго кристалла. Выполнено детальное численное моделирование эффекта фокусировки излучения с помощью рефракционно-дифракционной линзы, для которого использовалась универсальная компьютерная программа XRWP, созданная для расчета эффектов когерентной рентгеновской оптики. Получены аналитические формулы для оптимальных значений апертуры и радиуса кривизны линзы, а также для ширины спектра излучения, который может быть сфокусирован.

Методом межатомных потенциалов проведено моделирование примесных дефектов в натрий-гадолиниевом молибдате NaGd(MoO₄)₂. Оценена энергия растворения трех-, двух- и одновалентных примесей. Построены зависимости энергии растворения от ионного радиуса примеси. Для гетеровалентных замещений найден энергетически наиболее выгодный механизм компенсации заряда как за счет собственных дефектов кристалла, так и по схеме сопряженного изоморфизма. Определены позиции наиболее вероятной локализации дефектов. Оценено влияние разупорядочения ионов натрия и гадолиния на позиционные различия в энергии дефектов. Сравнение растворимости примесей в NaGd(MoO₄)₂ и изоструктурном ему CaMoO₄ свидетельствует о том, что, хотя изовалентные замещения энергетически выгоднее, чем гетеровалентные, механизм сопряженного изоморфизма, обеспечивающего электронейтральность, может уравнять эти процессы.

В тройных системах R–Ru–Ga обнаружен ряд новых изоструктурных тройных интерметаллидов состава R₄Ru₂Ga₃ (R = Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er). Рентгеновское исследование монокристалла Nd₄Ru₂Ga₃ показало, что данное соединение кристаллизуется в моноклинной системе и является представителем нового структурного типа: a = 10.899(3), b = 4.0533(11), c = 9.720(3) Å, β = 111.080(7)° пр. гр. С2, Z = 2, R1 = 0.043, wR2 = 0.077 для 1518 отражений. Особенностью структуры является наличие в ней искаженных фрагментов RuNd₆ (тип AlB₂) и GaNd₈ (тип CsCl). Минимальное расстояние Nd–Ru в полиэдре составляет 2.8463(16) Å, что значительно короче суммы их атомных радиусов. Параметры и объемы элементарных ячеек в ряду R₄Ru₂Ga₃ (R = Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er) уменьшаются в соответствии с лантанидным сжатием, а температуры плавления возрастают.

Описан синтез 1,4-ди(бромметил)-2,5-дииод-бензола (1), диацетата 2,5-дииод-1,4-ди(гидроксиметил)бензола (2) и дииодида 1,1´-[(2,5-дийодо-1,4-фенилен)бис(метилен)]дипиридиния (3), а также приведены их кристаллографические данные. Все три кристаллические структуры отличаются стопочной упаковкой плоских молекул и наличием галогенных связей I···Br, I···O и I···I соответственно. Число галогенных связей максимально в соединении 1: по две связи I···Br на каждый атом галогена. Соединения 2 и 3 содержат по одной галогенной связи на атом галогена, однако они существенно короче, чем в соединении 1. Все кристаллы исследованы методами ИК-спектроскопии и синхронного термического анализа. Соединение 1, не имеющее ионных или водородных связей, плавится при более высокой температуре, чем ионное соединение 3 (218 и 200°C соответственно), благодаря наличию большого количества межмолекулярных галогенных связей. Соединение 2 плавится при более низкой температуре (151°C), что характерно для сложных эфиров.

Описана методика уточнения параметров элементарной ячейки кристаллов произвольной сингонии на современных монокристальных дифрактометрах. В основе методики лежит калибровка положения 2D-детектора. Проведено уточнение параметров элементарной ромбической ячейки монокристалла α-³³S. Изучена анизотропия изменения параметров в интервале 90–350 К. Показано, что относительное увеличение параметра с составляет 6.4%. Полученные зависимости аппроксимированы полиномами второй–третьей степени. Абсолютное увеличение объема ячейки составило 138.4 ų, а относительное – 4.3%. Уточнен температурный ход элементов тензора теплового расширения. Коэффициенты теплового расширения α-³³S при комнатной температуре составили: α₁₁ = 15.35 × 10^–5, α₂₂ = 8.56 × 10^–5, α₃₃ = 9.12 × 10^–5 К^–1.

Низкая прочность и высокая хрупкость льда при всей привлекательности других его свойств ограничивают широкое применение ледовых материалов в качестве строительных в зонах с холодным климатом на Земле (в Арктике, Антарктике, высокогорных районах на всех континентах), а также при планируемом рядом стран создании обитаемых колоний на Луне и Марсе. Экспериментально исследованы возможности увеличения несущей способности и энергоемкости разрушения льда и нанокомпозитов на его основе путем введения в их состав добавок поливинилового спирта и наночастиц SiO₂. Изучены концентрационные зависимости эффектов улучшения этих механических характеристик. Установлены принципиальная возможность и количественные закономерности инициирования перехода от хрупкой моды разрушения в чистом льде к вязкой по мере увеличения содержания добавок в ледовых композитах и, как следствие, радикального, на 2–3 порядка величины роста энергоемкости их деструкции.

Методом просвечивающей электронной микроскопии исследована структура эпитаксиальных пленок твердого раствора GaInP, в которых происходит упорядочение. Пленки выращены методом металлоорганической газофазной эпитаксии на подложках GaAs(001) вблизи точки половинного состава. В процессе исследования проанализированы темнопольные изображения, полученные с использованием сверхструктурных отражений, для поперечного и планарного сечений пленок. Определена морфология и взаимное пространственное расположение упорядоченных доменов. Обнаружено явление спонтанной самоорганизации областей с вариантами упорядочения CuPt–B⁺ и CuPt–B^– вблизи поверхности, в то время как в объеме пленки домены располагаются однородно и взаимно перекрывают друг друга. Эффект пространственного разделения доменов связывают с релаксацией напряжений несоответствия в растущем эпитаксиальном слое, приводящей к изменению рельефа поверхности.

Показана возможность образования проводящего металлополимерного композита на основе массива пересекающихся серебросодержащих нанопроволок. Электрические и механические характеристики композитов зависят как от времени осаждения, так и от отношения площадей анода и катода. Механические характеристики полученных металлополимерных композитов выше по сравнению с полимерными трековыми мембранами из полиэтилентерефталата. С увеличением отношения площадей анода и катода и времени осаждения падают электропроводимость (0.0025 Ом^–1 при 100 циклах роста, 0.0033 Ом^–1 при 50 циклах), прочность (90 МПа при 100 циклах, 99 МПа при 50 циклах) и модуль упругости (4.7 ГПа при 100 циклах, 5.4 ГПа при 50 циклах). Проводящие серебросодержащие нанопроволоки могут играть роль армирующих структур для проводящих металлополимерных композитов, обладающих высокой электропроводностью, и применяться в элементах гибкой электроники.

Нанокерамику твердого электролита Pr_1–ySr_yF_3–y (y = 0.03, пр. гр. P3c1) получали методом высокоэнергетического механодиспергирования выращенных из расплава кристаллов с последующим холодным прессованием. Фазовый состав, микроструктура, морфология и электрофизические свойства нанокерамики изучены методами рентгенофазового анализа, электронной микроскопии и импедансной спектроскопии. Значение проводимости синтезированной нанокерамики Pr_0.97Sr_0.03F_2.97 при комнатной температуре (σ_cer = 1.7 × 10^–7 См/см) существенно ниже проводимости исходного монокристалла (σ_crys = 4.0 × 10^–4 См/см), что обусловлено ее низкой (~75% от теоретического значения) плотностью. Термическая обработка нанокерамики при 823 K в вакууме приводит к росту величины σ_cer в 3 раза, а отжиг при 1273 K во фторирующей атмосфере – к дальнейшему росту проводимости (σ_cer = 4.3 × 10^–5 См/см) вследствие процесса собирательной рекристаллизации и значительному увеличению плотности керамики до 90%. Техника механического измельчения и последующая термообработка нанопорошка Pr_1–ySr_yF_3–y позволяют получать однофазную высокопроводящую керамику. Разработанная методика синтеза керамических фторидных наноматериалов в качестве технологической формы твердых электролитов является многообещающим направлением дальнейших разработок в области создания фтор-ионных источников тока и газовых датчиков фтора.

С помощью метода молекулярной динамики проведена оценка стабильности кластера-прекурсора (гексамера) кристалла термолизина в широком диапазоне температур (10–90°C). Результаты моделирования показали, что с увеличением температуры стабильность гексамера в целом снижается, однако гексамер не распадается ни при одной из рассмотренных температур. При 60°C обнаружено повышение стабильности гексамера. Это значение близко к температуре максимальной ферментативной активности термолизина (70°C). Исходя из анализа результатов предположено, что кристаллизацию термолизина возможно провести при 60°C.

Тесное переплетение равновесных и неравновесных термодинамических представлений и переходов между двумя предельными принципами термодинамики: вторым началом и принципом наименьшего принуждения (минимумом производства энтропии в стационарном режиме) – составляет основное содержание феноменологических теорий роста кристалла. Различие базовых постулатов двух разделов термодинамики вынуждает обсуждать проблемы обратимости и необратимости времени, масштабов наблюдаемых явлений и правил сопряжения термодинамических сил и потоков в теориях роста кристалла. Вариант решения некоторых проблем сопряжения показан на примере флуктуационной модели дислокационного роста кристалла, в основе которой лежит стационарный изотермический процесс термодинамических флуктуаций свободной энергии. В случае предельного режима адсорбции примесей на грани кристалла по модели Ленгмюра флуктуации свободной энергии, обладающие отсутствием эффекта памяти, позволяют выделить три химических потенциала строительных частиц, определяющих соответствующие значения пересыщений раствора, реализующиеся на разных масштабных уровнях у растущей грани кристалла, содержащей винтовую дислокацию. Пересыщения управляют квазиравновесными и неравновесными термодинамическими процессами, составляющими единый дислокационный механизм роста кристалла.

Pеализован позиционно-чувствительный спектрометр с субпиксельным пространственным разрешением на базе матричной ПЗС-камеры. Работа спектрометра основана на представленном алгоритме анализа кадров с единичными индуцированными воздействием фотонов событиями в режиме реального времени. Проведен анализ факторов, влияющих на энергетическое разрешение, формирование артефактов в энергетических спектрах, эффективность счета. Предложен алгоритм получения субпиксельного разрешения с применением сингулярного матричного разложения. Работа алгоритма протестирована на синтезированных экспериментальных данных, а также в реальном эксперименте с регистрацией пространственно-энергетической структуры флуоресцентного излучения слоистой системы. Продемонстрирован потенциал применения гиперспектральной визуализации для экспериментального метода стоячих рентгеновских волн в геометрии нормального падения и скользящего выхода флуоресцентного излучения.