Том 68, № 1 (2023)

Предложен новый метод экспериментального определения размера пучка синхротронного излучения в фокусе планарных составных преломляющих линз. Метод состоит в измерении угловой расходимости излучения после фокуса с помощью брэгговской дифракции в совершенном кристалле при его вращении. Данный метод определяет размер пучка, зависящий только от фокусирующих свойств используемых линз, в отличие от других используемых в настоящее время методов. Экспериментально продемонстрирована эффективность предлагаемого подхода на примере нанофокусирующих планарных линз из кремния.

Методом межатомных потенциалов проведено моделирование примесных дефектов в повеллите CaMoO₄. Рассчитаны энергии растворения одно-, двух- и трехвалентных примесей, представлен их сравнительный анализ и основные закономерности изменения. Определены позиции наиболее вероятной локализации дефектов. Для гетеровалентных примесей найден наиболее энергетически выгодный механизм компенсации их заряда как за счет собственных дефектов кристалла, так и по схеме сопряженного изоморфизма. Показано, что образование кластеров примеси с собственными дефектами кристалла и в большей степени образование кластеров примесей с разными зарядами позволяет существенно снизить их энергию растворения. Образование нейтральных кластеров одновалентных примесей с вакансиями кислорода не только увеличивает растворимость примесей, но и снижает вероятность образования центров окраски.

Методом гидротермального синтеза получены новые кольцевые силикаты Cs₄Tm₂[Si₄O₁₂](OH)₂ и Cs₄(Tm,Tb)₂[Si₄O₁₂](OH)₂. Выявлена структурная аналогия между ними и ранее изученными силикатами K₄Sc₂(OH)₂(Si₄O₁₂) и K₂Sc[Si₂O₆]F. Их кристаллические структуры определены как ромбические мероэдрические двойники по утраченному элементу тетрагональной симметрии. Структуры новых кольцевых силикатов родственны структурам фресноита и тетрагонального мелилита.

Впервые в виде монокристаллов получено новое координационное соединение – производное аза-14-краун-4-эфира, содержащего этоксикарбонильную субъединицу, с нитратом никеля(II) состава [Ni₃(NO₃)₄L₄]2(NO₃). Присутствие атомов никеля в комплексе подтверждено методом рентгенофлуоресцентного анализа, структура комплекса изучена методом прецизионного рентгеноструктурного анализа на лабораторном рентгеновском источнике. Показано, что молекула комплекса имеет сложную геометрию и состоит из четырех попарно симметричных молекул лиганда, координированных тремя атомами никеля. Стабилизация молекулы комплекса обеспечивается наличием прочных внутримолекулярных водородных связей, в которых участвует краун-эфирный фрагмент.

Для изучения структуры гидрофобных мембранных белков используются матрицы, моделирующие клеточные мембраны и образованные молекулами соответствующих амфифильных веществ, например детергентами или липидами. Для изучения структуры белка, встроенного в искусственную мембрану, прежде всего необходимо определить структуру самой мембраны. Для решения этой задачи методом малоуглового рентгеновского рассеяния ранее были разработаны алгоритмы ELLLIP и ELLMIC, позволяющие построить модели эллипсоидальных везикул на основе атомной структуры мономера липида или детергента. Однако результат моделирования в значительной степени зависит от субъективной оценки стартовых значений структурных параметров матриц и может оказаться неверным в силу неоднозначности решения задач такого типа. Представлен независимый подход к определению стартовых размеров модельных мембран для дальнейшего их структурного моделирования, основанный на анализе функции распределения по расстояниям, полученной непосредственно из кривой малоуглового рассеяния.

Модифицированным методом Обреимова–Шубникова получены поликристаллические слитки Cd\(_{{1--{х}}}\)Zn_хTe (x = 0.005, 0.03, 0.05). Отобранные монокристаллические блоки изучены методами рентгенофазового анализа, измерения электрических характеристик и магнитометрии. Исследована концентрационная зависимость изменения магнитных и электрических свойств кристаллов. Установлено, что при концентрации Zn (x = 0.03, 0.05) наблюдается ферромагнитное упорядочение в кластерах (включениях), содержащих железо и/или никель при 2 К, чего не наблюдается на образцах Cd\(_{{1--{х}}}\)Zn_хTe (x = 0.005).

Показано, что в сдвоенной PT-симметричной гиротропной структуре, составленной из полубесконечных сред с противоположно направленными векторами гирации, параллельными плоскости раздела, по отношению к поверхностным электромагнитным волнам проявляются вентильные свойства. А именно, в одном из направлений вдоль границы раздела, перпендикулярном векторам гирации, возможно возбуждение поверхностной волны, а в противоположном – нет. Данная поверхностная электромагнитная волна является линейно поляризованной, а ее характерная глубина проникновения оказывается обратно пропорциональной малому параметру гирации.

В активированных кристаллах ионизирующее излучение вызывает образование примесных дефектов при переходе ионов примеси из трехвалентного в двухвалентное состояние. Предложен подход к изучению влияния энергетического положения R³⁺-ионов в зонной схеме кристаллов СaF₂ на степень устойчивости ионов атомов редкоземельных элементов в двухвалентном состоянии в результате перехода электронных 4fⁿ-состояний R³⁺ → R²⁺-ионов под действием ионизирующего излучения. Изучены процессы прямого и обратного фотохромизма, происходящие на примесных дефектах, связанные соответственно с окрашиванием активированных кристаллов под действием γ-излучения и обесцвечиванием под действием УФ-излучения. Предложен механизм фотохромного превращения, учитывающий участие в процессе радиационно-наведенных центров окраски. Рассмотрен валентный переход R³⁺ → R²⁺ в представлении реакции фотоокисления. По результатам расчетов изменения энергии Гиббса проанализированы возможности и условия протекания реакции ионного превращения в зависимости от вида ионизирующего излучения, воздействующего на кристаллы с R³⁺-ионами.

Экспериментально продемонстрирована лазерная генерация света в хиральных жидких кристаллах (ХЖК) с красителем при гомеотропно-планарной (гибридной) ориентации. Численное моделирование такой структуры показало, что период шага геликоида (спирали) ХЖК в гибридной ячейке и распределение директора сильно зависят от величины энергии сцепления на гомеотропной границе образца. Энергия сцепления играет роль фактора, способствующего раскручиванию спирали ХЖК. Чем меньше энергия сцепления, тем меньше шаг спирали и тем ближе он к естественному значению шага спирали ХЖК. При этом уменьшается протяженность структуры типа “штопор” вблизи гомеотропной границы ячейки. Таким образом, при уменьшении энергии сцепления на гомеотропной границе гибридной ячейки распределение директора в ней приближается к распределению в планарной (гранжановской) ячейке. Это подтверждается лазерной генерацией света в той же спектральной области, что и в планарной ячейке.

Представлены результаты исследования структуры ленгмюровских пленок лизоцима на поверхности жидкости, сформированных из кристаллизационных растворов с добавлением в качестве осадителя ряда хлоридов металлов. Методом рентгеновской рефлектометрии определены толщины и плотности исследуемых пленок, а методом стоячих рентгеновских волн в области полного внешнего отражения получены профили распределения концентрации атомов серы, содержащихся в молекулах белка, и ионов осадителей в приповерхностной области субфазы. На основе полученных результатов проведен анализ зависимости структуры формируемых пленок от использованного осадителя и некоторых особенностей применения методов рентгеновской рефлектометрии и стоячих рентгеновских волн в исследовании ленгмюровских пленок глобулярных белков на поверхности жидкости.

Рассмотрены особенности методов математической оптимизации и предложены алгоритмы их использования, позволяющие повысить эффективность нахождения экстремальных значений в решении оптимизационных проблем. Предлагаемые алгоритмы носят универсальный характер, что позволяет применять их в различных областях вычислительной математики. В качестве иллюстрации приведено решение обратной задачи рефлектометрии в рамках ступенчатой модели электронного профиля для жидкокристаллической пленки блочного дендримера. Также по данным дифракции скользящего падения определена структура тонкопленочного слоя на водной субфазе. Предложенные алгоритмы методов оптимизации реализованы в рамках аналитического программного комплекса BARD (Basic Analisys of X-Ray Diffraction).

Благодаря низкому удельному весу, высокой удельной прочности, коррозионной стойкости и высоким трибологическим свойствам многофазные сплавы с повышенным содержанием Al и присутствием квазикристаллических фаз являются перспективными материалами для авиационной и космической промышленности. Методом спиннингования получена лента, представляющая собой сплав Al₈₂Cu₇Fe₁₁. Рентгенофазовый анализ показал наличие в сплаве Al (пр. гр. Fm\(\bar {3}\)m), Al₁₃Fe₄ (пр. гр. С2/m), Al₂Cu (пр. гр. I4/mcm), Al₂₃CuFe₄ (пр. гр. Cmc21) и декагональных квазикристаллов (пр. гр. P10₅mc). С помощью сканирующей электронной микроскопии выявлена неоднородность поверхности ленты, просвечивающей электронной микроскопии – наличие Al, Al₁₃Fe₄ и декагональных квазикристаллов.

Представлены результаты исследования роста кристаллов производного пара-терфенила – 4,4"-ди-трет-бутил-пара-терфенила (tBu-3P-tBu). Методом спектрофотометрии установлена растворимость соединения в толуоле при 20°С. Впервые методами роста из растворов и парового физического транспорта получены монокристаллы tBu-3P-tBu до 1 см в длину и с помощью монокристальной рентгеновской дифракции расшифрована их структура при 85 К в триклинной пр. гр. P1 (Z = 8). Плоские прямоугольные кристаллы с наилучшими морфологическими характеристиками выращены из пара. На развитой грани таких кристаллов отмечается наличие элементарных ступеней роста высотой 1.4 нм, соответствующих молекулярным монослоям в ориентации плоскости (001). Установлено наличие полиморфного перехода при 229.2°С и мезоморфной жидкокристаллической фазы выше температуры плавления 255.6°С.

Представлены результаты исследования окрашенных областей поверхности антропоморфной стелы, найденной в с. Ремонтное и датируемой эпохой бронзы. С помощью рентгенофазового анализа и методов электронной микроскопии изучены элементный и фазовый состав образцов. Выявлено, что красный цвет на лицевой поверхности стелы обусловлен красным минеральным пигментом на основе гематита, а темная и зеленая области имеют естественное происхождение, связанное с воздействием окружающей среды на песчаник.

Представлены результаты разработки программного комплекса для автоматизированного ориентационного картирования на основе дифракционных данных. Экспериментальный модуль комплекса отвечает за взаимодействие с микроскопом и получение дифракционных карт. Аналитический модуль в автоматическом режиме проводит обработку и расшифровку дифракционных картин, полученных с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Анализ тестовых данных показал, что результаты расшифровки находятся в соответствии с модельными данными.

Интегрированный дифференциальный фазовый контраст является перспективным методом просвечивающей растровой электронной микроскопии. Среди его преимуществ можно выделить хорошую чувствительность к легким элементам, близкую к линейной, связь между формируемым контрастом изображений и атомными номерами Z-атомов, содержащихся в образце, шумоподавление и многое другое. С помощью моделирования и математической обработки проанализированы перспективы применения метода для исследования кристаллической структуры материалов, состоящих из легких атомов, на примере политипов карбида бора. Показано, что чувствительность метода позволяет отличить колонки атомов бора от колонок, состоящих из углерода. Сформулированы рекомендации по использованию этого метода для анализа структур, состоящих из легких элементов.