Знание-сила, 2000 №09

Важную роль в производстве таких интегральных схем плотной упаковки играют накопительные кольца.

Экспериментаторы из центра рентгеновских лучей в отделении электроинженерии и компьютерных наук университета Беркли в Калифорнии разработали новую методику контроля работы оптических систем. Процедура основана на интерферометрии – наложении двух лучей от одного источника. Только излучение от нового поколения накопительных колец может создать достаточно узкие и интенсивные пучки, необходимые для фотолитографии.

Яркое синхротронное излучение продвигает наше понимание взаимодействия молекул и атомов между собой и с поверхностью, а также – изменение их электронных структур. Подобные исследования могут быть важны при изучении процессов коррозии или катализа. Оба явления имеют огромное практическое значение.

Исследовательская группа из шведского университета в Упсале в сотрудничестве с экспертами компании IBM первой продемонстрировала возможности синхротронного излучения. Изучалось поведение молекул азота на поверхности никеля. Оказалось, что эти молекулы «стоят», то есть с поверхностью взаимодействует один их атом, а второй прикрепляется гораздо слабее, чем между атомами азота в молекуле, поэтому симметричная структура молекулы не должна существенно меняться. А экспериментаторы обнаружили, что электронная структура атома у поверхности сильно меняется, при этом связь между атомами азота в молекуле слабеет. Понимание этого должно помочь совсем в других вещах – например, в синтезе аммиака, поскольку там как раз надо эту связь рвать.

Еще одно очень важное направление использования пучков высокой яркости – получение фазово-контрастных изображений, которое недавно было продемонстрировано Анатолием Снегиревым с коллегами на Европейской установке синхротронного излучения. Их достижение открывает дорогу к недеструктивному изучению биологических, минералогических и некоторых * металлургических образцов на микронном уровне. К примеру, недавно группа Снегирева использовала новую технологию для исследования колена москита.

Получение изображений при помоши рентгеновских лучей основано на различном поглощении, как и обычные медицинские снимки. Вещества из элементов с низким атомным весом (углерод, азот, кислород) более прозрачны для рентгеновских лучей. Вещества из более тяжелых атомов содержат много электронов и поглощают эти лучи. На рентгеновских снимках кости выглядят темнее, так как они плотнее окружающих тканей. Поэтому метод не должен работать для тканей, состоящих из легких атомов.

Метод фазового контраста основан на другом эффекте. Вместо различной плотности и разного поглощения он использует вариации отражательной способности различных веществ. Коэффициент отражения определяет направление луча после того, как он попал в вещество. Для рентгеновских лучей разница в коэффициентах отражения невелика – одна часть на сто тысяч, но этого достаточно для работы метода. Можно даже вращать исследуемый образец, получая некую аналогию компьютерной томографии.

Описанный метод с восторгом встречают биолога, исследующие поведение белков, и фармакологи, изучающие детали воздействия лекарств. Эта технология носит название макромолекулярной кристаллографии и стала возможной она лишь с помощью синхротронного излучения. Сегодня ученых интересуют не только структура белков и расположение атомов в их больших молекулах, но и то, как они меняют свое положение. Эта область еше практически не исследована, но новые установки синхротронного излучения высокой яркости позволят достичь в ней существенного продвижения.

К примеру, в Чикагском университете отслеживали быстрые структурные перестроения миоглобина – белка, обнаруженного в мускулах и ответственного за накопление и перенос кислорода. Их можно представить в виде фильма, каждый кадр в котором получен в результате очень короткого наносекундного импульса рентгеновских лучей, фиксирующего изменения молекулы миоглобина через каждую миллисекунду. Исследователи пытаются понять, как молекулы кислорода захватываются и высвобождаются из «пещерообразных» структур миоглобина.

Современные источники синхротронного излучения обладают такой мощностью, что одного короткого импульса достаточно, чтобы получить отчетливый «снимок» белка. Правда, для этого требуется достаточно сложная электроника, чтобы отслеживать приход лазерных импульсов длиной менее наносекунды. В процессе эксперимента ученые исследуют поведение не кислорода, а окиси углерода, поскольку эта молекула легче отделяется от миоглобина под воздействием рентгеновских лучей.