1. Экспериментальное и теоретическое исследование новых когерентных эффектов при взаимодействии релятивистских заряженных частиц и фотонов малых энергий с конденсированными средами.
2. Источник рентгеновского излучения на основе периодической наноструктуры с волновод - резонатором внутри.
3. Исследования с использованием синхротронного излучения (СИ).

1. Первое направление, традиционное для профиля лаборатории, выполняемое в рамках Темплана, связано в настоящий момент с созданием интенсивного монохроматического рентгеновского источника с регулируемой энергией на основе механизма дифракции реальных фотонов тормозного излучения электронов и виртуальных фотонов собственного поля электронов в кристаллах. Полученные ранее экспериментальные данные свидетельствуют о том, что указанный механизм действительно перспективен и позволит создать рентгеновский источник, существенно превосходящий по потребительским свойствам широко используемую рентгеновскую трубку.

Публикации:

1. Y.N. Adischev, S.N. Arishev, I.E. Vnukov, A.V. Vukolov, A.P. Potylitsyn, S.I. Kuznetsov, V.N. Zabaev, B.N. Kalinin, V.V. Kaplin, S.R. Uglov, A.S. Kubahin, N. Nasonov. NIM B 201, 2003, p 114-122.
2. Ю.Н. Адищев, А.С. Артемов, С.В. Афанасьев,В.В. Бойко, М.А. Воеводин, В.И Волков, А.С. Гоголев, В.Н. Забаев, А.Н. Ефимов, Ю.В. Ефремов, А.Д. Коваленко, Ю.Л. Пивоваров, А.П. Потылицын, С.В. Романов, Ш.З. Сайфулин, Е.А. Силаев, А.М. Таратин, С.П. Тимошенков, С.Р. Углов. Письма в ЖЭТФ т.81(6), 2005, с. 305-308.
3. Yu.N. Adischev , S.V. Afanasiev, V.V. Boiko , A.N. Efimov, Yu.V. Efremov , A.S. Gogolev , A.D. Kovalenko, Yu.L. Pivovarov , А.P.Potylitsyn, S.V. Romanov, Sh.Z. Saifulin, E.A. Silaev, A.M. Taratin, S.P.Timoshenkov, S.R. Uglov , V.I. Volkov, M.A. Voevodin, V.N. Zabaev. NIM B 252(1), 2006, p.111-117.
4. Забаев В.Н., Разин С.В., Углов С.Р., Потылицын А.П., Вагнер А.Р., Кузнецов С.И. Известия высших учебных заведений ФИЗИКА. Т. 50, № 10/3, 2007, с. 139-146.
5. Адищев Ю.Н., Вуколов А.В., Забаев В.Н., Потылицын А.П. Известия высших учебных заведений ФИЗИКА. Т. 50, № 10/3, 2007, с. 147-154.
6. V.N. Zabaev, S.R. Uglov, S.V. Razin, A.P. Potylitsyn, S. I. Kuznecov, and A.R. Wagner. NIM B 266(17), 2008, p.3893-3897.

2. Второе направление - создание метода генерации субмикрофокусных пучков рентгеновского излучения быстрыми электронами в волноводе-резонаторе со слоистыми нано-периодическими стенками для рентгеновской микроскопии, локального микроструктурного и элементного анализа с высоким разрешением, локального радиационного воздействия и т.п. основано на исследованиях генерации когерентного рентгеновского излучения релятивистских электронов в слоистых структурах типа интерференционных рентгеновских зеркал и волноводов, проведенных в рамках проектов, поддержанных Российским Фондом Фундаментальных Исследований:

1. Зеркало для виртуальных рентгеновских фотонов, №99-02-16920-а.
2. Рентгеновский волновод с накачкой электронами, №04-02-17580-а.
3. Источник рентгеновского излучения на основе периодической наноструктуры с волноводом-резонатором внутри, №08-02-99039-р_офи.
4. Неоднородный фотонный кристалл, как новый субмикрофокусный источник когерентного рентгеновского излучения релятивистских электронов, №10-02-00942-а.

Метод основан на генерации рентгеновского излучения быстрыми электронами, направляемыми под скользящими углами на слоистую нанопериодическую структуру типа интерференционного рентгеновского зеркала, отличающийся тем, что, с целью увеличения яркости источника излучения, структура имеет волноводный канал внутри и излучение, генерированное быстрыми электронами в слоистых стенках такого волновода-резонатора, захватывается в слабо поглощаемые волноводные моды и выходит из радиатора по каналу, что обеспечивает фокус источника размером в ширину канала. Слоистая периодическая структура состоит из нескольких сотен пар слоев вольфрама и углерода толщиной около 1 нанометра. Согласно принципу Гейзенберга, минимальная ширина канала внутри структуры может составлять нескольких нанометров. Угловая плотность излучения оценивается в 4 фотона/электрон/стерадиан для фотонов с энергией 10-30 кэВ при энергии электронов 35 МэВ, что достаточно для ряда прикладных и исследовательских целей. Метод перспективен для создания источника излучения с фокусом в несколько нанометров на базе компактного ускорителя электронов для ряда практических применений в исследовательских лабораториях и предприятиях. Тестовые эксперименты по получению увеличенных изображений микроструктур при использовании внутреннего пучка бетатрона-35 с током ускоренных электронов на радиатор около 0,4 микроампер показали высокий контраст при секундных экспозициях.

Данный метод, разработанный для получения субмикрофокусного рентгеновского излучения с использованием сложного волноводного радиатора и пучка быстрых электронов, проще известных ранее методов формирования таких пучков из предварительно генерированного излучения, так как соединяет вместе процесс генерации излучения и процесс формирования необходимого пучка из генерированного излучения. В едином устройстве также можно объединить источник ускоренных электронов и радиатор-формирователь излучения. Метод может быть реализован в широкой области спектра излучения от вакуумного ультрафиолета до жесткого рентгеновского излучения, в отличие от известных методов (зонные линзы Френеля, составные преломляющие линзы, фокусирующие системы с изогнутыми зеркалами или кристаллами и т.п.), каждый из которых эффективен только в определенной области спектра.Второе направление связано с исследованием когерентного рентгеновского излучения релятивистских электронов в слоистых структурах типа интерференционных рентгеновских зеркал и волноводов для создания метода генерации субмикрофокусных пучков рентгеновского излучения быстрыми электронами в волноводе-резонаторе со слоистыми нано-периодическими стенками для рентгеновской микроскопии, локального микроструктурного и элементного анализа с высоким разрешением, локального радиационного воздействия и т.п.

Публикации

1. N. N. Nasonov, V. V. Kaplin, S. R. Uglov, M. A. Piestrup, and C. K. Gary, "X rays from relativistic electrons in a multilayer structure", Phys. Rev. E 68, 036504, 2003.
2. N.N. Nasonov, V.V. Kaplin, S.R. Uglov, V.N. Zabaev, M.A. Piestrup, C.K. Gary, " X-rays from relativistic electrons crossing a multilayer nanostructure ", Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. B 227, pp.41-54, 2005.
3. В.В.Каплин, С.Р.Углов, В.В.Сохорева, Булаев О.Ф., Воронин А.А., Пайструп М.А., Гэри Ч.К., "Рентгеновское излучение, генерированное релятивистскими электронами в волноводном радиаторе", Изв. ВУЗов. Физика, Т. 50, No. 10/3, С. 166-171, 2007.
4. В.В.Каплин, С.Р.Углов, В.В.Сохорева, Булаев О.Ф., Воронин А.А., Пайструп М.А., Гэри Ч.К., Фуллер М., "Параметрическое рентгеновское излучение, генерированное электронами в многослойном зеркале, установленном в бетатроне", Изв. ВУЗов. Физика, Т. 50, No. 10/3, С. 172-176, 2007.
5. V.V. Kaplin, V.V.Sohoreva, S. R. Uglov, A.A. Voronin, M. A. Piestrup, C. K. Gary, M. Fuller. " Parametric x-rays generated by electrons in multilayered mirrors mounted inside a betatron," Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. B 267, P. 777-780, 2009.

3. Третье направление научной деятельности лаборатории 13 продолжает тему исследования свойств и возможностей применения синхротронного излучения, проводимых ранее на синхротроне "СИРИУС". Исследования с использованнием пучков СИ в лаборатории 13 ФТИ проводятся в рамках "Соглашения о создании Межведомственного научно-образовательного центра" - Консорциума по разработке методов аттестации наноструктур и нанотехнологий «Наносиб» на накопителе ВЭПП – 3 ИЯФ СО РАН. Участниками соглашения, помимо ТПУ, являются ИЯФ СО РАН, ИСЭ СО РАН, ИФПМ СО РАН и ТГУ.

Работы с синхротронным излучением связаны со следующими темами:

• Использование СИ при анализе процессов, протекающих в поверхностных слоях твердых тел и при формировании покрытий пучковыми и плазменными технологиями (Совместно с ИСЭ СО РАН). Проводятся экспериментальные исследования физических процессов, протекающих во время
  1. электронно-пучковой обработки поверхности твердого тела;
  2. насыщения поверхности атомами внедрения;
  3. напыления покрытий различного элементного состава.
• Использование СИ для исследования процессов гидратации материалов (Совместно с кафедрой общей физики ФТИ). В данном направлении исследуется влияние степени насыщения материалов водородом на внутренние напряжения, параметры кристаллической решетки, фазовый состав материалов, а также выявляются закономерности образования гидридных фаз, исследуется воздействие рентгеновского излучения на динамику миграции атомов и ионов водорода в материалах, определяются экспериментальным путём параметры водородной подрешетки.
• Разработка синхротронных технологий изготовления регулярных наноструктур (Совместно с ИЯФ СО РАН и НИИПП). В данном направлении реализуется следующая программа исследований:
  1. Разработка новых походов к формированию структуры регулярных нанопор в полимерных мембранах с использованием порообразующей матрицы
     1. методами выращивания викслеров на структурированных подложках
     2. Развитие LIGA- методов.
  2. Разработка технологий микрофлюидных систем.

Публикации

1. Ю.Ф. Иванов, Н.Н. Коваль, О.В. Крысина, Т.Баумбах, С. Дойль, Т. Слободский, Н.А. Тимченко, Р. М. Галимов, И.П. Чернов, А.Н. Шмаков. Исследование влияния примесей на синтез нанокристаллических слоев нитрида титана из плазмы электродугового разряда. Физика. Известия ВУЗов. 2009. №11/3. с. 193-202.
2. И.М.Гончаренко, Ю.Ф.Иванов, Н.Н.Коваль, О.В.Крысина, Т.Баумбах, С.Дойль, Т.Слободский, Р.М.Галимов, Н.А.Тимченко, И.П.Чернов, А.Н.Шмаков Влияние примесей на структуру нанокристаллических слоёв нитрида титана Второй международный форум по нанотехнологиям «Rusnanotech», Москва, 6-8 октября, 2009. С.411 – 413.
3. Н.А. Тимченко, В.И.Юрченко. Регулярные микроструктуры для концентрирования, разделения и анализа гетерогенных систем. Физика. Известия ВУЗов. 2007. №10/3. с.270-274.