Созданные в России зеркала для экстремального ультрафиолета сделают телескопы значительно эффективнее.

В Институте физики микроструктур РАН создана технология напыления многослойных зеркал на основе бериллия для диапазона длин волн от 11,1 до 30,4 нанометров. Созданным с ее помощью зеркалам удается обеспечивать коэффициенты отражения, существенно превышающие мировой уровень. С их помощью можно будет повысить эффективность используемого в производстве электроники метода литографии, а также увеличить в два раза контраст изображений телескопов для изучения короны Солнца в экстремальной части ультрафиолетового диапазона.

Исследователи из Института физики микроструктур РАН в рамках развиваемых отечественных программ по изучению короны Солнца разработали многослойные интерференционные зеркала нового поколения для экстремального ультрафиолетового диапазона. Сложность их создания заключается в базовом физическом противоречии: они должны одновременно иметь более высокие коэффициенты отражения и лучшую спектральную селективность — то есть не просто отражать больший процент излучения, но и делать это для строго определенной части ультрафиолетового диапазона. Как правило, это взаимоисключающие требования, и в рамках используемых сейчас наборов материалов указанная проблема не имеет решения.

Однако российские физики утверждают, что им удалось устранить это противоречие. Классический подход в создании многослойных интерференционных зеркал предусматривает использование чередующихся слоев материалов с большим и малым атомными номерами. При этом ряд «легких» элементов в рентгеновской оптике никогда не использовался, например, металл бериллий. На это было две причины: бериллий имеет некоторые преимущества перед другими материалами лишь в очень узком спектральном диапазоне (от 11,1 до 12,4 нанометров), и он очень токсичен при технологической обработке (опасна его мелкая пыль).

С 2016 года специалисты института начали расчеты характеристик бериллия как отражателя в диапазоне длин волн больше 17 нанометров. Выяснилось, что здесь бериллий обладает уникальным сочетанием оптических качеств. С одной стороны, он имеет низкое поглощение, а значит основная часть излучения уходит на отражение, что и требуется от зеркала в оптике. С другой стороны, его высокая рассеивающая способность соответствует ряду более тяжелых материалов и позволяет получить одновременно как высокие коэффициенты отражения, так и более узкую его спектральную полосу.

Для проведения экспериментов с бериллием в ИФМ РАН была создана специально оборудованная лаборатория, в которой синтезировали наиболее перспективные многослойные зеркала на основе бериллий-кремний-алюминия (Be/Si/Al), цирконий-бериллий-кремний-алюминия (Zr/Be/Si/Al) и бериллий-магния (Be/Mg), с защитной верхней пленкой из алюминия. Все созданные зеркала показали рекордные коэффициенты отражения и спектральную селективность.

В составе многозеркальных систем, оборудованных бериллиевыми зеркалами (а телескоп, как правило, содержит не менее двух-трех зеркал) эффективность телескопа в экстремальной части ультрафиолетового диапазона может быть увеличена до 300 процентов от той, что позволяют существующие материалы. Предполагается, что на этой основе вскоре будут созданы телескопы для наблюдений за Солнцем.