Наименование темы проекта: «Исследование влияния аберраций высших порядков, релятивистских и дифракционных эффектов на качество фокусировки линзово-зеркальных корректоров аберраций»

Наименование приоритетного направления развития науки: «Научные исследования в области естественных наук», «Фундаментальные и прикладные исследования в области физики и астрономии», фундаментальные.

Цель проекта – изучение теоретических возможностей дальнейшего повышения разрешающей способности электронных микроскопов путем учета и минимизации совместного влияния аберраций высших порядков, релятивистских и дифракционных эффектов на качество фокусировки электронных пучков в линзово-зеркальных корректорах аберраций.

Описание проекта:

В современных электронных микроскопах высокое разрешение обеспечивается путем применения корректоров аберраций, позволяющих устранить основную причину, ограничивающую разрешающую способность электронного микроскопа – сферическую и осевую хроматическую аберрации электронной линзы, выполняющей роль его объектива. Однако в известных работах не учитывается взаимное влияние оставшихся аберраций высших порядков, релятивистских и дифракционных эффектов на качество фокусировки электронных пучков в корректорах аберраций, что особенно необходимо для высоковольтной электронной микроскопии.
Поэтому разработка корректора аберраций с высоким качеством фокусировки остается ключевой проблемой электронной микроскопии.
Основная идея проекта – повышение качества фокусировки электронных пучков, соответственно, разрешения электронного микроскопа путем учета аберраций высших порядков, релятивистских и дифракционных эффектов в линзово-зеркальных корректорах аберраций.

Предварительные результаты исследований по направлению решаемых Задач в данном Проекте следующие:
1) создана теория фокусировки и аберраций до третьего порядка включительно электронных пучков с учетом релятивистских эффектов в электростатических зеркалах и линзах с вращательной симметрией, в том числе в катодных линзах;
2) разработан математический аппарат для расчета аберраций высших порядков без учета релятивистских эффектов в электростатическом зеркале, свободном от сферической и осевой хроматической аберраций одновременно;
3) рассчитан линзово-зеркальный объектив, свободный от сферической и осевой хроматической аберраций одновременно, без учета релятивистских эффектов;
4) рассчитано трехэлектродное электростатическое зеркало, состоящее из соосных цилиндров равного диаметра, в котором выполнены условия одновременного устранения сферической аберрации третьего порядка и осевой хроматической аберрации второго порядка при
полном учете релятивистских эффектов: такое зеркало может быть использовано в качестве объектива электронного микроскопа.

Результаты исследований по изучению влияния релятивистских эффектов на качество фокусировки электростатических электронно-оптических систем могут служить теоретической основой при разработке новых схем электронного микроскопа с повышенной разрешающей способностью в широком диапазоне энергий освещающих объект электронов. В качестве ожидаемых результатов выступают:
1. Новый метод расчета качества фокусировки электронных пучков, учитывающий аберрации высших порядков, релятивистские и дифракционные эффекты в электростатическом зеркале, свободном от сферической и осевой хроматической аберраций.
2. Решение задачи о распределении поля в электростатическом зеркале с электродами реальной конструкции, отвечающее повышенным требованиям высоковольтной электронной микроскопии к электрической прочности электродов зеркала при высоких напряженностях
электростатического поля.
3. Программное обеспечение для расчета качества фокусировки электронных пучков с учетом аберраций высших порядков, релятивистских и дифракционных эффектов в линзово-зеркальных системах.
4. Соотношения между геометрическими и электрическими параметрами, обеспечивающие высокое качество фокусировки электронных пучков в линзово-зеркальных системах, выполняющих роль зеркального объектива электростатического электронного микроскопа или корректора аберраций объектива высоковольтного электронного микроскопа.

Состав исследовательской группы

1. Бимурзаев Сеиткерим Бимурзаевич – научный руководитель Проекта, доктор физико-математических наук, специальность – физическая электроника, профессор кафедры IT инжиниринг Алматинского университета энергетики и связи имени Г. Даукеева. Бимурзаев С. Б. – известный специалист в области теоретической корпускулярной оптики, в том числе электронной микроскопии и времяпролетной масс-спектрометрии. Индекс Хирша С.Б. Бимурзаева по базам данных Web of Science и Scopus равен 4.

2. Якушев Евгений Михайлович, д.ф.-м.н., профессор, специальность – физическая электроника, в том числе квантовая. Е.М. Якушев – известный ученый в области физической электроники, основоположник нового направления – электронная и ионная оптика нестационарных потоков заряженных частиц. Индекс Хирша Е.М. Якушева равен 5 по базе данных Scopus. Роль в Проекте – разработка метода расчета качества фокусировки электронных пучков в электростатических зеркалах с учетом аберраций высших порядков,
релятивистских и дифракционных эффектов, участие в расчетах электронно-оптических систем реальных конструкций и анализе результатов расчета (в течение срока исполнения Проекта).

3. Саутбеков Сеил Сейтенович, доктор физ.-мат. наук, доцент. Является известным специалистом в области теории распространения и дифракции электромагнитных волн. Большинство его исследований связано с асимптотическими, аналитическими и численными методами решения теоретических и прикладных задач излучения, распространения, рассеяния и дифракции электромагнитных волн. Индекс Хирша равен 6 по базе данных Scopus.
Роль в Проекте – решение методом Винера-Хопфа задачи о распределении потенциала в электростатических линзово-зеркальных системах с электродами реальной конструкции, отвечающими повышенным требованиям высоковольтной электронной микроскопии к их электрической прочности при высоких напряженностях электростатического поля; участие в расчетах электронно-оптических систем и анализе результатов расчета (в течение срока исполнения Проекта).

4. Алдияров Нахыпбек Уалиевич, кандидат физико-математических наук, доцент, специальность – Приборы и методы экспериментальной физики. Область научных интересов – корпускулярная оптика, пучки заряженных частиц, электронная микроскопия, IT engineering. Индекс Хирша Алдиярова Н.У. равен 2 по базе данных Scopus.
Роль в Проекте – pазработка алгоритмов расчета аберраций высших порядков электростатических зеркал, свободных от сферической и осевой хроматической аберраций при учете релятивистских эффектов, проведение вычислительных экспериментов, обработка
и оформление их результатов (в течение срока исполнения Проекта).

5. Страутман Лидия Евгеньевна, закончила физический факультет КазГУ по специальности физик, преподаватель физики на английском языке, ст. преподаватель кафедры иностранных языков КазНУ им. аль-Фараби. Имеет сертификаты CCELT и TOEFL.
Роль в Проекте – подготовка и оформление публикаций на английском языке, а также перевод научной литературы по теме Проекта с английского на русский (в течение срока исполнения Проекта).

6. Турысбек Жанибек – магистрант 2-курса. Роль в Проекте – проведение вычислительных экспериментов, обработка и оформление их результатов (в течение срока исполнения Проекта).

7. Вакансия