Новый прибор
расширяет возможности исследователей

Доклад "Биогибридные нанокомплексы и их потенциальное применение в биомедицине" сотрудника ЛНФ Ю.Е.Горшковой на 131-й сессии Ученого совета ОИЯИ вызвал большой интерес ее участников. За подробностями я обратилась в группу №3 НЭОНИКС ЛНФ.

- В мае 2021 года в Лаборатории нейтронной физики имени И.М.Франка появился новый прибор - USAXS/SAXS/WAXS XEUSS 3.0 станция рентгеновского рассеяния (XENOXS, Франция), - начала рассказ Ю.Е.Горшкова. - Это приобретение позволило, в первую очередь, "разгрузить" установку малоуглового рассеяния нейтронов ЮМО на импульсном высокопоточном реакторе ИБР-2. Из 14 установок, включенных в Программу пользователей ИБР-2 в ЛНФ ОИЯИ, на спектрометр ЮМО приходится около 30 процентов от общего количества подаваемых заявок на эксперимент, и имеющееся в наличии пучковое время существенно меньше запрашиваемого. Во-вторых, комплементарность нейтронного и рентгеновского рассеяния позволяет не только получать дополнительную информацию об исследуемых материалах, но и проводить самостоятельные междисциплинарные исследования в области физики конденсированного состояния, материаловедения, химии, биологии, геофизики, фармакологии, медицины, ядерной физики, экологии и других.

На сегодня это единственный действующий прибор такого класса в России. Наличие ультрамалоугловой моды (USAXS) позволяет изучать внутреннюю структуру и форму материалов до микронных масштабов, что существенно расширяет характерный малоугловой диапазон от ~1 до 250 нм. С помощью широкоугольного рассеяния рентгеновских лучей (WAXS) можно получить информацию о кристаллической структуре образца на атомном уровне.

- Мы участвуем в одном из приоритетных направлений исследований коллектива Научно-экспериментального отдела нейтронных исследований конденсированных сред ЛНФ ОИЯИ, реализуемых в том числе и на рентгеновской установке в рамках научной темы "Исследования функциональных материалов и наносистем с использованием рассеяния нейтронов", - продолжила разговор О.Н.Лис. - Прогресс в развитии современных технологий напрямую связан с поиском и созданием новых функциональных материалов, демонстрирующих уникальные физические свойства. В течение последних десятилетий основные технологические достижения были обусловлены обнаружением новых физических явлений в материалах, среди которых - высокотемпературная сверхпроводимость, эффект колоссального магнетосопротивления, переход диэлектрик - металл, зарядовое и орбитальное упорядочение, сегнетоэлектричество, магнитоэлектрический эффект и другие. Многие из этих явлений уже легли в основу развития различных передовых технологий, например в областях записи и хранения информации, различных областях электроники и спинтроники, коммуникаций, энергетики, а другие имеют потенциально важные технологические приложения. По сравнению с другими экспериментальными методами, применение высокого давления является прямым методом управляемых изменений физических свойств путем изменения межатомных расстояний и углов, геометрией молекулярной ориентации или энергетического баланса между различными конкурирующими взаимодействиями. Поэтому одно из важных научных направлений, реализуемых в нашем коллективе под руководством доктора физико-математических наук Дениса Петровича Козленко, - это структурные исследования при высоких давлениях. Наши научные интересы связаны с описанием структурного аспекта формирования физических явлений, наблюдаемых в сложных магнитных материалах с сильной корреляцией различных степеней свободы - спиновых, орбитальных, зарядовых и решеточных. Один из наиболее перспективных подходов - изменение термодинамических параметров - высокого внешнего давления и температуры. Такой подход позволяет детерминировать микроскопические механизмы изменения физических свойств. В частности, структурные и магнитные свойства материалов могут претерпевать сильные изменения при воздействии высокого давления в результате фазовых переходов.

На снимке Елены Пузыниной: старший инженер Е.В.Лукин, аспирант О.Н.Лис,
старший научный сотрудник Ю.Е.Горшкова.

У нашей группы в Лаборатории нейтронной физики имеется более чем двадцатилетний опыт разработки методов нейтронного рассеяния при высоком давлении. Нашей группой создан целый комплекс экспериментальных методов для проведения уникальных экспериментов при высоких давлениях: на базе высокопоточного импульсного реактора ИБР-2 функционируют специальные нейтронные дифрактометры ДН-6 и ДН-12. Недавно появилась новая экспериментальная возможность для проведения экспериментов при высоком давлении - рентгеновский дифрактометр Xeuss 3.0. Этот прибор позволяет проводить исследования кристаллической структуры материалов с камерами высокого давления с алмазными наковальнями, с помощью которых могут создаваться давления вплоть до 50 ГПа, или полмиллиона атмосфер. Среди результатов наших недавних исследований - структурные фазовые переходы в молекулярных кристаллах, сегнетоэлектриках, мультиферроиках, низкоразмерных магнетиках и других. Я как аспирант занимаюсь исследованиями материалов с геометрически фрустрированными магнитными решетками - низкоразмерных ван-дер-ваальсовских магнетиков, магнитных аналогов графена. Мы недавно обнаружили существование новой структурной модификации соединения FePS3 с моноклинной кристаллической структурой при высоком давлении.

- В настоящее время установка пользуется повышенным спросом среди сотрудников нашей лаборатории и коллег из разных научных центров России, - завершила беседу Ю.Е.Горшкова. - Мы активно продолжаем работать с нашими многолетними партнерами, развиваем новые направления сотрудничества, в том числе и с компаниями ОЭЗ "Дубна".

Ольга ТАРАНТИНА