Рентгеновская дифрактометрия и спектроскопия новых функциональных материалов и структур

В настоящее время в разных областях, включая наноэлектронику, оптику, порошковую инженерию, сенсорные системы, материалы для фотокатолитических систем, медицину, интенсивно используются различные функциональные материалы и структуры. Развитие вышеперечисленных областей не может осуществляться без неразрушающих методов контроля структурных и композиционных параметров исследуемых объектов. Среди многочисленных методов исследования структуры вещества наиболее универсальными и перспективными является методы рентгеновской дифракции и спектроскопии. Эти методы характеризует высокая чувствительность, экспрессность в получении результатов, а главное - неразрушающее воздействие на исследуемый объект и возможность анализа его структурных и композиционных особенностей. Поэтому результаты, полученные в ходе выполнения научной темы будут весьма актуальны, поскольку существенно расширят возможности неразрушающего количественного анализа перспективных функциональных материалов и конструкций, применяемых в разных областях человеческой деятельности. В настоящее время широко используется высокоразрешающая трехосевая дифрактометрия для анализа различных материалов и структур. Однако обработка экспериментальных данных требует развития теорий и подходов к решению прямых и обратных задач рентгеновской дифракции. Для определенного круга задач по анализу экспериментальных измерений разработаны теоретические подходы и численные алгоритмы компьютерных вычислений. Появление новых материалов и конструкций неразрывно связано с развитием новых теорий рентгеновской дифракции, а также созданием компьютерных программ на основе этих теорий. Развитие современных технологий получения новых материалов и их тестирование является актуальной задачей, которая востребована как учеными, так и технологами. На современном этапе решение проблем определение достоверных параметров технологических процессов приготовления наноструктурированных систем и материалов методами MOCVD, баротермическая обработка, травление, электролиз, высокотемпературная графитизация биоматериалов с применением комплиментарного набора методов изучения (рентгеновская дифрактометрия и спектроскопия с применением синхротронного излучения, фотоэлектронная спектроскопия, электронная микрометрия, рамановское рассеяние) будет безусловно способствовать развитию новых технологий и является фундаментальной задачей. Допированные ниобаты и танталаты висмута в зависимости от природы допанта и типа кристаллической структуры, характеризуются широкой вариативностью электрофизических свойств. В частности танталатные фотокатализаторы с перовскитоподобной структурой привлекают значительное внимание благодаря их высокой фотокаталитической активности для удаления органических загрязнителей из сточных вод при облучении УФ-излучением. Широкое разнообразие практически-полезных свойств сложных оксидов объясняется различным кристаллическим строением ниобатов и танталатов висмута при варьировании мольного соотношения атомов, входящих в состав соединений, и толерантностью структур к образованию дефектов в катионной подрешетке при замещении атомов ниобия (тантала) атомами переходных элементов. Таким образом, при варьировании мольного соотношения атомов висмута/ниобия(тантала), природы и концентрации переходных элементов можно получать функциональные материалы с различными физико-химическими свойствами. В результате выполнения темы будут разработаны новые подходы в теории рентгеновской дифракции с использованием дифференциальных уравнений и двумерных рекуррентных соотношений; предполагается решить задачи динамической дифракции пространственно ограниченных пучков разных размеров в латеральных структурах, включая пучки с широким фронтом излучения, а также микро- и нанопучки (micro- and nanobeams) и разработать динамическую теорию дифракции в геометрии Брэгга и Лауэ для исследования многослойных интерференционных систем, применяемых в управлении и фокусировке синхротронных пучков, в литографии и астрономии. Кроме того, будут проведены комплексные исследования многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), полученных путем осаждения на их поверхность различных металлов методами термического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD-метод). Используя методы рентгеноструктурного анализа, Рамановской, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и ультрамягкой рентгеновской абсорбционной (NEXAFS), спектроскопии, электронной микроскопии предполагается определить характер адгезии осажденных металлов и структуру поверхностных слоев полученных композитов. Методами NEXAFS- и XPS-спектроскопии экспериментально исследовать электронную структуру ниобатов и танталатов висмута, допированных различными атомами 3d-металлов, определить характер замещения, положение в кристаллической матрице и зарядовое состояние допированных атомов. Также будет этими методами будет проведено комплексное исследование танталатов и ниобатов висмута, допированных атомами 3d-металлов, определена позиция в кристаллической решетке, в которую внедряются внедряются допируемые атомы, и определена степень их окисления (зарядовое состояние).