Шуваловская премия - 2017: А.П.Орешко

Дифракция рентгеновского излучения является одним из наиболее эффективных методов исследования структуры и свойств конденсированных сред. В настоящее время существование мощных источников рентгеновского синхротронного излучения значительно раздвинуло границы рентгендифракционного анализа и привело к развитию новых, рентгеновских резонансных методов исследования, основанных на изучении прохождения и дифракции излучения с энергией, близкой к краю поглощения какого-либо элемента исследуемого вещества. Важным преимуществом таких методов над традиционными является их селективность, т.е. возможность проводить исследования только тех атомов, которые находятся в «резонансе» с падающим излучением. Кроме того, резонансные методы позволяют изучать не только дальний порядок в кристаллах, но и особенности ближнего упорядочения, предоставляя информацию о локальных атомных конфигурациях, не усредненную по элементарной ячейке.

Диссертация посвящена изучению новых эффектов, наблюдающихся при резонансном дифракционном взаимодействии излучения рентгеновского диапазона длин волн с кристаллами. Тема работы является важной и актуальной, так как создает научные основы для использования этих новых методов в исследовании электронных и фононных свойств материалов.

Целью работы является развитие теории, описывающей свойства резонансных отражений, вызванных наличием одновременно нескольких анизотропных вкладов в тензорный атомный рассеивающий фактор. Достижение этой цели потребовало развития динамической теории и определения границ применимости кинематического приближения в резонансной дифракции рентгеновского излучения; разработки и апробации подходов, позволяющих проводить численное моделирование различных резонансных вкладов в чисто резонансные отражения. Совокупность сформулированных и обоснованных в работе положений и выводов представляет собой новое научное направление: рентгеновская резонансная дифракционная спектроскопия электронных и фононных состояний в локально анизотропных средах.

В диссертации теоретически предсказано появление новых эффектов, часть из которых уже исследована экспериментально в ведущих мировых центрах синхротронного излучения КЦСИиН (НИЦ «Курчатовский институт», Москва), ESRF (Гренобль, Франция), DESY (Гамбург, Германия), Diamond Light Source (Оксфорд, Великобритания).

Практическая значимость проведенных исследований заключается в развитии нового метода количественного исследования структуры, электронных и фононных состояний в кристаллах, основанного на изучении спектральных, азимутальных, температурных и поляризационных зависимостей чисто резонансных «запрещённых» отражений, вызванных различными физическими механизмами. Эта методика успешно применена при вычислении абсолютной величины и фазы резонансного вклада в атомный рассеивающий фактор и определения корреляционных функций среднеквадратичных относительных смещений атомов.