Физики создали рентгеновское зеркало изменяемой формы из единственного материала

❋ 4.7

Команда физиков из Японии смогла сделать из монокристаллического ниобата лития рентгеновское зеркало, способное легко менять форму. Использование деформируемых зеркал даст ученым проводить эксперименты быстрее.

Физика

# ниобат лития

# оптика

# пьезоэлектричество

# рентген

Подготовленное для эксперимента рентгеновское зеркало / © Takato Inoue

Манипуляции рентгеновским излучением намного сложнее таких же с излучением видимого диапазона. Если ученым нужно изменить направления рентгеновского пучка или сфокусировать его, в ход идут сложные структуры. Рентгеновская оптика выделена в самостоятельную прикладную дисциплину из-за особых проблем, которые она должна решать.

Рентгеновское излучение практически не преломляется материей, оно проходит вещество насквозь. А если не проходит, то сильно поглощается и рассеивается. Чтобы влиять на путь рентгеновского луча и фокусировать его, ученым приходится создавать многослойные структуры или линзы с воздушными полостями.

Исследователи смогли сделать из монокристалла ниобата лития (соединение LiNbO₃, LN) рентгеновское зеркало, способное легко менять форму. Ниобат лития — пьезоэлектрик, он меняет форму при приложении напряжения. Новое зеркало позволяет быстро и значительно изменять размер рентгеновского пучка. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Теперь ученые могут менять размер пучка с 200 нанометров до 683 микрометров, расширять его в 3400 раз. Такая технология позволяет сначала провести обзорный анализ образца, а затем сфокусироваться на конкретных областях. В обычных условиях ученым пришлось бы перемещать образец и менять систему линз, а это значительно усложняет рабочий процесс.

Деформируемые зеркала уже делали, но они состояли минимум из двух материалов. Каждый слой в такой системе требует отдельного управления размером пучка, такая система не дает хорошо сфокусировать излучение. Зеркало из одного материала позволяет исследователям сделать процесс фокусировки пучка проще и быстрее.

Но в зеркале из ниобата лития все равно есть два слоя. У этого материала есть особое свойство: если его долго держать при высокой температуре, изменится его поляризационная структура на половину толщины нагреваемого кристалла. Из-за этого две области зеркала деформируются по разному, когда к ним прикладывают напряжение. Этот эффект дал ученым создать биморфную структуру для зеркала без необходимости склеивать части зеркала.

Схема ультратонкого цельного зеркала с двумя различающимися по свойствам слоями. (a) Подложка для зеркала в сравнении с японской монетой 100 йен. (b) Механизм деформации зеркала. (c) Схема способа управления размером рентгеновского пучка. / © Scientific Reports, 2025. DOI: 10.1038/s41598-025-05019-8

«Мы разработали зеркало толщиной всего 0,5 миллиметра. Этот результат, как ожидается, значительно расширит возможности всех экспериментов с использованием рентгеновского излучения синхротрона. Такие характеристики позволяют использовать его не только для рентгеновских лучей, но и в других областях, например для мощных промышленных лазеров», — объяснил Такао Иноуэ (Takato Inoue), первый автор исследования.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.