Станция 1-1 «Микрофокус»
Одним из главных преимуществ синхротронов 4-го поколения является возможность получать сфокусированные пучки излучения, открывающие новые горизонты в исследовании микро- и наномира. Дизайн станции «Микрофокус», во-первых, обеспечивает фокусировку пучков синхротронного излучения вплоть до десятков нанометров, во-вторых – учитывает востребованность таких пучков самыми разными научными направлениями, предлагая уникальное решение по распределению пучка между четырьмя независимо функционирующими секциями:
Секция «Микро- и нанофокус» Оборудование секции позволит с точностью и скоростью, недостижимыми для лабораторных приборов, неразрушающим образом анализировать химический состав и кристаллическую структуру образца с разрешением до 100 нанометров.
Пример решаемых задач:
Возможности секции позволят решить комплекс задач, связанных с созданием высокопрочных авиационных и космических материалов с помощью лазерных и аддитивных технологий, а также новых защитных покрытий методами плазменного и холодного газодинамического напыления. В частности, планируются исследования лазерных сварных соединений из высокопрочных алюминиевых сплавов, титановых сплавов, разнородных материалов (сталь-титан, алюминий-титан и др.), а также металлических и металлокерамических покрытий, полученных методом лазерной наплавки на базе аддитивных технологий. Также секцию «Микро- и нанофокус» планируется задействовать для определения механизма адгезии при холодном газодинамическом напылении (в частности на неметаллических подложках), а также пространственного распределения и дисперсности фаз (интерметаллидов в никель-алюминиевых сплавах, карбидов и боридов в сплавах на основе кобальта и т. д.) при разработке плазменных технологий нанесения защитных покрытий и анализе их долговечности.
Лазерная наплавка композиционных износостойких покрытий (слева) и микроструктура композиционного покрытия на основе «никель – карбид бора» (справа). ИТПМ СО РАН.
Секция «Экстремальное состояние»
Оборудование секции позволит наблюдать состояние и превращения материалов при одновременном воздействии на них сверхвысоких (до 3 000 000 атмосфер) давлений и высоких либо криогенных температур, магнитных полей, лазерного излучения.
Пример решаемых задач:
Возможности секции планируется задействовать для решения важнейшей задачи материаловедения – поиска новых высокотемпературных сверхпроводников, открывающих перспективы передачи электроэнергии без потерь, развития транспорта на магнитной левитации и т.п. Использование для этого именно секции «Экстремальное состояние» связано с открытием в 2015 г. рекордно высокотемпературной сверхпроводимости в гидридных материалах, подвергнутых сжатию выше 1 000 000 атмосфер.
Сравнение обычного и сверхпроводящего кабеля на 12 500 ампер (слева). Синтез гидрида платины в алмазных наковальнях при давлении 1 000 000 атмосфер (справа) (ИГМ СО РАН).
Секция «Гамма-резонанс»
Оборудование секции позволит с субмикронным пространственным разрешением исследовать явления, связанные с магнетизмом материалов, а также распространением в них квантов колебаний – фононов.
Пример решаемых задач:
Возможности секции позволят активно включиться в исследование магнитных явлений в наноструктурированных материалах, лежащих в основе нового направления – спинтроники. Именно на базе спинтроники сегодня разрабатывается технология MRAM – быстродействующей оперативной памяти нового поколения, в которой информация не стирается при отключении питания.
Модуль MRAM-памяти объёмом 1 ГБ, представленный американской компанией SMART в ноябре 2018 г. (слева). Наноплёнки магнитных силицидов для спинтроники (справа) (ИФ СО РАН).
Секция «Структурная биология»
Оборудование секции позволит расшифровывать структуру биологически важных макромолекул – белков, белковых комплексов и вирусов, таким образом определяя механизмы функционирования живых систем на молекулярном уровне. Использование сфокусированных пучков даст возможность исследовать микрообъекты, ранее недоступные для подобного рода анализа.
Пример решаемых задач:
Репарация - «починка» повреждений в ДНК, определяет генетическую стабильность живого организма. Неисправности в работе систем репарации ДНК связаны с тяжелыми наследственными заболеваниями человека, а также с возникновением онкологических заболеваний и старением. Возможности секции планируется задействовать для изучения структур важнейших участников системы репарации человека: белков XRCC1, RPA, APE1 и их комплексов с нуклеиновыми кислотами, лигандами, ингибиторами.
Фермент Fpg кишечной палочки, участвующий в защите ДНК от окисления и предотвращающий мутации (ИХБФМ СО РАН).
