OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 3 2024 215 MATERIAL SCIENCE Рис. 9. Схема многослойного рентгеновского зеркала, представленная парами слоев материалов А и В, характеризующихся показателями преломления n1 и n2 Fig. 9. Schematic of a multilayer X-ray mirror represented by pairs of layers of materials A and B characterized by refractive indices n1 and n2 зовании многослойных структур [10, 11]. Получают их последовательным нанесением тонких чередующихся слоев двух разнородных материалов. С использованием такого подхода формируется гетерофазная структура типа А-В-А-В… (рис. 9). Каждая пара многослойной структуры представлена материалами, которые отличаются друг от друга коэффициентом преломления рентгеновского излучения, а также атомной массой Z. Толщина слоев материала А (tА), характеризующегося низкой пропускной способностью (высокими значениями Z), обычно меньше по сравнению с толщиной материала В (tВ), пропускная способность которого выше [3]. Периодом многослойной структуры является величина Λ = tА + tВ. Примером тяжелого элемента, используемого для получения многослойных рентгеновских зеркал, является вольфрам, примером легкого элемента – углерод. Как правило, тонкие слои выращивают, используя метод магнетронного напыления. Рассеяние рентгеновских лучей на границах раздела между двумя подслоями, так же как и в кристаллах, приводит к формированию дифракционных максимумов. Закон Вульфа – Брэгга для многослойных материалов может быть записан в виде 2 sin n Λ θ = λ, (7) где целое число n = 1, 2, ... является порядком максимума отражения. Следует подчеркнуть, что в данном случае период Λ = tА + tВ не является расстоянием между атомными плоскостями в кристалле. С учетом отмеченных обстоятельств многослойные материалы можно рассматривать как «искусственные кристаллы» [3]. В качестве примера искусственно созданного гетерофазного материала можно привести многослойную структуру типа Ru/B4C, используемую в качестве материала рентгеновского зеркала на линии BM5 в ESRF (Гренобль, Франция), оснащенной поворотным магнитом [12]. На кремниевой подложке было сформировано семьдесят одинаковых по толщине слоев Ru и B4C. Период многослойной структуры Λ составляет 4,0 нм. Результаты проведенного моделирования свидетельствуют о шероховатости межфазной поверхности на уровне 0,3 нм. Монохроматический пучок увеличивает контраст изображения за счет уменьшения артефактов, а также предоставляет доступ к более сложным методам контрастирования. В то же время проявлению контраста способствует увеличение числа фотонов, что может быть обеспечено применением зеркальных монохроматоров [13]. По сравнению с кристаллическими монохроматорами многослойные монохроматоры обладают рядом других преимуществ. В частности, имеется возможность формировать периодическую структуру с расстоянием между слоями значительно больше 1 нм, что позволяет увеличивать диапазон длин волн отраженных фотонов. Таким образом, ширина полосы пропускания многослойного материала ΔЕ/Е на один-два порядка больше по сравнению с кристаллическим монохроматором. Следовательно, многослойные зеркала отражают большую часть спектра, что приводит к увеличению интегральной интенсивности излучения [14]. По этой причине многослойные зеркала и двухзеркальные монохроматоры широко используются для формирования «розовых» пучков. Для получения многослойных структур могут быть использованы различные сочетания материалов. В некоторых случаях преимущество отдается таким парам веществ, как W/Si, Mo/Si, Pd/B4C, W/B4C, Mo/B4C, Ru/B4C. Возможно применение иных систем, в том числе Ni/C, Cr/Sc, Cr/Be, La/B4C и др. Примеры исследования многослойных структур отражены в работах [9, 14–16]. При выборе типов бислоев для многослойных монохроматоров важно учиты-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1