Многослойная рентгеновская оптика дифракционного качества для перспективных задач физики, нанодиагностики и наноструктурирования конденсированного вещества

Благодаря современным успехам в области технологий синтеза многослойных зеркал (МЗ) и изготовления сверхгладких и сверхточных подложек для зеркал появилась реальная возможность использовать традиционные оптические методы в диапазонах мягкого рентгеновского (МР) и экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения. Реализация этой возможности открывает принципиально новые перспективы в нанодиагностике вещества, в микро- и наноэлектронике, микробиологии, астрономии и в других приложениях. И всё же, несмотря на заметные успехи последних десятилетий, многие возможности рентгеновской оптики до сих пор остаются нереализованными. Для широкого внедрения этих методов в практику необходимо решить ряд ключевых проблем, что и является темой проекта. Одной из важных проблем является необходимость повышения отражательной способности МЗ с сохранением или улучшением прочих свойств – механических, термических, временных. Повышение коэффициентов отражения особенно важно для таких приложений как проекционная ЭУФ-литография, МР-микроскопия. Строительство в России синхротронов 4-го поколения ставит вопрос о термостойких МЗ – тепловые нагрузки вырастают на порядок. Создание оптики дифракционного качества предъявляет высокие требования к точности формы оптических элементов. А на ней могут сказываться как сами механические напряжения в МРЗ, так и их эволюция вследствие термических воздействий. Таким образом требуется разрабатывать МРЗ с высокими коэффициентами отражения, высокой термостойкостью, временной стабильностью параметров, а также с околонулевыми значениями внутренних напряжений. Крайне важной задачей является создание подложек с субнанометровой точностью формы поверхности. Здесь требуется параллельное развитие методов изготовления таких поверхностей и методик их аттестации. При этом подложки с осажденными на них МРЗ должны сохранять форму в том числе и под воздействием мощных пучков излучения синхротронов 4-го поколения. Это обстоятельство обозначает еще одну проблему – поиск и изучение свойств новых материалов с высокой теплопроводностью, которые могли бы стать основой для оптики дифракционного качества. Проект будет сосредоточен на разработке методов изготовления многослойной оптики, обеспечивающей дифракционно-ограниченное получение изображений в рентгеновском диапазоне длин волн. Для достижения этой цели будут решены следующие задачи. а) Для синхротронных приложений будут разработаны методы химико-механической и ионно-лучевой обработки нового для рентгеновской оптики материала «Скелетон», обеспечивающие шероховатость поверхности порядка ангстремов и точность формы поверхности на уровне субнанометров. б) Будут развиты методики аттестации формы высокогабаритных подложек. в) Для синхротронных приложений будет разработана технология изготовления протяженных (с линейными размерами до 1,5 метров) МРЗ. В том числе и криволинейных с формой поверхности, соответствующей заданной на уровне 1 нм. г) Будут развиты методы изготовления и аттестации многостриповых МРЗ. То есть зеркал с несколькими отражающими зонами в пределах одной подложки. д) С целью повышения отражающей способности будут развиваться методы управления интерфейсами в МРЗ. Как за счет внедрения антидиффузионных слоев, так и за счет насыщения незаполненных атомных связей при формировании пленок химически активными компонентами в распыляющей газовой смеси. е) Будут изучены новые технологические подходы к синтезу тонких пленок (использование газовых смесей, ионно-пучковое распыление мишеней, ионная обработка поверхностей тонких пленок). Решение поставленных задач позволит продвинуться в развитии многослойной рентгеновской оптики. Прежде всего, будет создана научная и приборная база для изготовления и аттестации оптических элементов для синхротронов 4-го поколения. Будут разработаны новые составы МРЗ с улучшенными характеристиками. Для этого будут изучены механизмы формирования микроструктуры пленок и интерфейсов в МРЗ. На основе этих составов, а также методов изготовления и характеризации асферических зеркал дифракционного качества будут созданы оптические элементы для МР-микроскопии, ЭУФ-литографии и солнечной астрономии.