17.09.2025
Методы высокоразрешающей рентгеновской дифракции – незаменимый инструмент для изучения структуры и динамики деформаций в кристаллических материалах. Однако классические трёхкристальные дифрактометры используют механические гониометры, работа которых слишком инерционна для исследования быстрых процессов, таких как акустические колебания в твердом теле.
Команда из Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ «Курчатовский институт» и НИТУ МИСИС сделала значительный шаг в сторону реализации быстрой дифрактометрии, реализовав трёхкристальную схему на основе адаптивных изгибных рентгеновских оптических элементов (ABXO), работающих в резонансном режиме. В качестве таких элементов были использованы пьезоэлектрические биморфные актюаторы с закрепленными кремниевыми рентгеновскими зеркалами. При этом биморфы были изготовлены не из повсеместно применяемых сегнетокерамик, а бидоменных монокристаллов ниобата лития, технологию создания которых успешно развивают на кафедре материаловедения полупроводников и диэлектриков НИТУ МИСИС уже на протяжении более чем пятнадцати лет. Благодаря применению монокристаллических биморфов удалось значительно повысить воспроизводимость и согласованность перемещения рентгеновских зеркал монохроматора и анализатора, и повысить скорость сканирования углов в десятки угловых секунд до миллисекунд при работе в резонансном режиме.
Ключевым достижением стало синхронное возбуждение двух ABXO-элементов на разных резонансных частотах, что позволило полностью отказаться от узлов на основе механических передач и проводить построение карт обратного пространства (RSM) исключительно за счёт пьезоколебаний. На обычном лабораторном источнике рентгеновского излучения авторам удалось получить полную RSM менее чем за 10 минут – вместо более двух часов при классическом подходе. При масштабировании на синхротрон время измерения может быть сокращено до ~10 миллисекунд.
Метод был проверен на кремниевом образце и успешно применён для регистрации деформаций в кристалле лангасита под действием ультразвуковой нагрузки. Измерения позволили зафиксировать расщепление дифракционного пика, оценить изменения межплоскостных расстояний и определить значение относительной деформации (~1.4×10-4).
Результаты работы опубликованы в журнале Measurement (IF = 5.6). По мнению авторов, предложенная методика открывает путь к рентгеновской диагностике быстропротекающих структурных процессов в кристаллах под действием электрических, механических или температурных воздействий – что особенно актуально для материаловедения, акустоэлектроники и разработки пьезоэлектрических устройств.
Подробнее в журнале Measurement.