Современные синхротроны (3+ и 4го поколения) обладают чрезвычайно малыми размерами источников рентгеновского излучения, что обеспечивает им рекордную яркость. Формирование сверхмалых (суб- 100 нм) размеров зондирующего пучка рентгеновского излучения позволяет решать недоступные ранее задачи в таких направлениях науки как материаловедение, физика сверхвысоких давлений и др. Для обеспечения минимальной расходимости и нанофокусировки излучения существенно повысились требования на качество поверхностей рентгенооптических элементов (зеркал, кристаллов-монохроматоров). Современные требования на точность формы поверхности находятся на уровне RMS~1 нм. Основным материалом подложек рентгеновских зеркал, работающих под мощными пучками синхротронного излучения и кристаллических монохроматоров является монокристаллический кремний.
На основе проведенных ранее исследований [1-3] нами была разработана методика ионно-пучковой коррекции формы поверхности рентгенооптических элементов из монокристаллического кремния. Методика позволяет проводить глубокую (отклонение от ближайшей сферы/плоскости/цилиндра единицы - десятки микрометров) асферизацию и финишную коррекцию локальных ошибок формы поверхности с обеспечением эффективной шероховатости поверхности на уровне 0,1-0,2 нм (в диапазоне пространственных частот 0.025-65 мкм-1). Асферизация осуществляется сильноточным (до 100 мА) широкоапертурным квазипараллельным ионным источником через формирующую ионный пучок диафрагму. Большой ионный ток позволяет проводить удаление материала с габаритных поверхностей на значительную глубину. Финишная коррекция осуществляется путем сканирования по поверхности малоразмерным сфокусированным слаботочным (~1 мА) ионным пучком.
С применением методики был изготовлен кристалл-монохроматор из монокристаллического Si (110) для линии Nuclear Resonance Beamline (ID18) (энергия фотонов 7-80 кэВ). Форма поверхности кристалла по параметру RMS была улучшена более чем в 40 раз с исходной RMS=110 нм до RMS=2,7 нм, а шероховатость с σeff = 2,5 нм до σeff = 0,20 нм.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 21-72-30029 и с использованием оборудования ЦКП “Физика и технологии микро- и наноструктур” при ИФМ РАН.
Литература
1. N.I. Chkhalo, M.S. Mikhailenko, A.V. Mil'kov, et al. // Surf. Coat. Technol. 311, 351 (2017).
2. М.С. Михайленко, А.Е. Пестов, А.К. Чернышев и др. // ЖТФ. 92(8), 1219 (2022).
3. M.S. Mikhailenko, A.E. Pestov, N.I. Chkhalo et al. // Appl. Opt. 61(10). 2825 (2022)