Том 69, № 5 (2024)

Проведена цифровая обработка рентгеновских проекционных 2D-изображений точечного дефекта кулоновского типа в кристалле Si(111), регистрируемых детектором на фоне статистического гауссовского шума, с использованием управляемого фильтра и вейвлет-фильтра с функцией Добеши 4-го порядка. Эффективность фильтрации 2D-изображений определяется путем расчета усредненных по всем точкам относительных квадратичных отклонений интенсивностей фильтрованного и эталонного (незашумленного) 2D-изображений. Сравнение рассчитанных величин среднеквадратичных относительных отклонений интенсивностей показывает, что рассматриваемые методы работают достаточно хорошо и могут эффективно использоваться на практике для шумовой обработки рентгеновских дифракционных изображений, используемых для 3D-реконструкции наноразмерных дефектов кристаллических структур.

Впервые методом рентгеновской дифракции при 293 и 85 К и дифракции электронов при 293 К изучен кристалл α-Na_0.35Dy_0.65F_2.30. Унифицированная кластерная модель дефектной структуры наноструктурированных кристаллов со структурой типа флюорита, основанная на полиморфизме упорядоченных фаз KR₃F₁₀ (R = Er, Yb), расширена моделью матричной части на основе структуры соединения KYF₄. Унифицированная кластерная модель применена для построения дефектной структуры α-Na_0.35Dy_0.65F_2.30. Установлено, что матричная часть кристалла содержит катионы Na⁺ и Dy³⁺ в соотношении 1 : 1. Часть анионов матрицы смещена в позиции 32f (пр. гр. Fm3m). Избыток Dy³⁺ образует с Na⁺ октаэдро-кубические кластеры [Na_14–nDy_nF_64+n] с ядрами в виде искаженных и правильных кубооктаэдров {F₁₂}. Они составлены межузельными анионами в двух позициях 32f и одной 48i. Кластерная составляющая кристалла α-Na_0.35Dy_0.65F_2.30 содержит октаэдро-кубические кластеры f-, f–i- и i-типов. Методом электронной дифракции показано, что α-Na_0.35Dy_0.65F_2.30 является наноструктурированным кристаллом. Его кластерная составляющая имеет форму пластинчатых выделений толщиной ~5 нм со сверхструктурным упорядочением и единичные октаэдро-кубические кластеры. Предложена модель их структуры. Понижение температуры до 85 К приводит к увеличению количества межузельных анионов F_(32f)1 в матричной составляющей кристалла.

Тригидрат триметилендиаминий этилендиаминтетраацетатоцинката ([HN(CH₂CH₂)₃NH]ZnL · · 3H₂О) и дигидрат тетраметилэтилендиаминий этилендиаминтетраацетатоцинката ([H(CH₃)₂NCH₂CH₂N(CH₃)₂H]ZnL · 2H₂О) синтезировали взаимодействием оксида цинка с этилендиаминтетрауксусной кислотой и затем с ее триэтилендиаминиевой или тетраметилэтилендиаминиевой солями. Полученные соединения выделяются из водного или органических растворителей в виде нитевидных, кубических и пирамидальных кристаллов, которые охарактеризованы методами элементного анализа, сканирующей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии.

Сопоставляются результаты изучения ДНК-белковых комплексов двумя независимыми структурными методами – молекулярной динамики (МД) и малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР). МД – это вычислительный метод, позволяющий визуализировать поведение макромолекул в условиях реальной среды, который базируется на законах физики, но страдает от многочисленных упрощений. МУРР – это рентгеновский метод, позволяющий восстановить трехмерную структуру объекта в растворе по одномерному профилю малоуглового рассеяния, при применении которого встает проблема неоднозначности решения обратных задач. Использование структурных характеристик комплексов, полученных методом МУРР, для валидации структурных 3D-моделей, полученных в МД-эксперименте, позволило значительно снизить амбивалентность теоретических предсказаний и показать эффективность сочетания методов МД и МУРР для решения задач структурной биологии.

Объясняются эффекты, возникающие при столкновении с твердой мишенью потока металлических частиц размером 10–100 мкм, движущихся со скоростью 1–3 км/с. Сделано предположение, что в момент удара о мишень частица теряет часть электронов и в течение некоторого времени благодаря наличию окисной оболочки удерживает на себе положительный заряд. Поток электронов, проходящий по мишени в момент удара, генерирует импульс электромагнитного поля. Частица, обладающая зарядом ~10^–9 Кл, внедрившись внутрь твердой мишени, давит на стенку канала с силой ~500 МПа и движется в нем под действием сил, вызванных поляризацией вещества мишени. Комбинация высокого давления и смещения приводит к существенному снижению силы трения частицы о стенку. Предложенная гипотеза в случае своего подтверждения может помочь найти способы защиты электронных приборов космических аппаратов от ударов потоков быстрых пылевых частиц.

Методом гидротермального синтеза выращены кристаллы гексафторосиликата натрия Na₂SiF₆ миллиметрового размера. В ходе рентгеноструктурного анализа выявлено, что образцы Na₂SiF₆ сдвойникованы по мероэдрическому закону и кристаллизуются в пр. гр. Р321 с параметрами элементарной ячейки при 295 К <a> = 8.8582(12), <c> = 5.0396(11) Å, <V> = 342.47(17) ų, усредненными по результатам повторных измерений. Проведено многотемпературное дифракционное исследование Na₂SiF₆, по данным которого рассчитана температурная динамика оптических свойств кристаллов. Обнаружено структурное сходство кристаллов Na₂SiF₆ с кристаллами семейства лангасита La₃Ga₅SiO₁₄. Это позволило объяснить оптическую активность Na₂SiF₆ путем рассмотрения аналогичных с лангаситом спиралей электронной плотности, закрученных вокруг тройной оси симметрии, проходящей через начало координат ячейки Na₂SiF₆. Изломы на температурных зависимостях показателей преломления и вращения плоскости поляризации света объясняются благодаря учету аномальных особенностей межатомных взаимодействий вдоль тройной оси ячейки кристалла, проходящей через позицию Si2(2d) с координатами (1/3, 2/3, z). Обнаружено, что главным фактором, влияющим на температурную динамику оптических параметров, является расстояние Si2(2d)–F2(6g), аномально возрастающее при охлаждении.

Представлен опыт разработки и применения методик выполнения измерений коэффициентов преломления кристаллов высшей и средней категорий, основанных на многоугловых спектрофотометрических методах отражения: по спектру отражения от одной грани при угле падения света, близком к нормальному, и методом отражения при падении света при угле Брюстера. Описаны преимущества и ограничения методов, требования к образцам. Показано, что метод отражения при угле падения, близком к нормальному, применим для оптически изотропных сред. Метод угла Брюстера применим для кристаллов высшей и средней категорий. Определена точность измерения обоих методов. Применимость данных методов показана для образцов кристаллов высшей и средней категорий Gd₃Al₂Ga₃O₁₂:Ce и La₃Ga_5.5Ta_0.5O₁₄ соответственно.

Изучена фотополимеризация пленок Ленгмюра–Шефера симметричных молекул диацетиленовых N-арилкарбаматов, содержащих различное количество метиленовых групп в составе молекул. Результатом УФ-облучения пленок диинов стал эффективный переход пленок в стабильное состояние полидиацетилена голубой фазы. Количество СН₂-групп в составе молекул влияло на эффективность перехода пленки мономеров в полимер и длину сопряжения полимерных цепей. Исследование морфологии пленок с помощью метода сканирующей электронной микроскопии показало горизонтальное положение молекул диинов на подложках в состоянии доменов, размеры которых зависели от количества СН₂-групп в молекулах.

Исследованы нанопроволоки из сплавов Fe_xCo_yCu_{(100–x–y)} и Fe_xNi_yCu_{(100–x–y)}. Изучены особенности получения таких структур методом матричного синтеза. Элементный анализ нанопроволок, выращенных при последовательно увеличивающихся напряжениях, выявил значительное уменьшение количества меди, а также изменение соотношения основных магнитных элементов. Методом рентгенофазового анализа показано, что FeCoCu является трехкомпонентным твердым раствором, а FeNiCu содержит три фазы твердых растворов – FeCu с содержанием Cu до 80%, FeNi с высоким содержанием железа, а также NiCu в аморфном или мелкокристаллическом состоянии с содержанием Ni до 80%. Методом мессбауэровской спектроскопии выявлено, что добавление меди может приводить к изменению угла разориентации магнитных моментов в нанопроволоках, что коррелирует с данными магнитометрии.

В кристаллизационных условиях смоделирована молекулярная динамика двух типов октамеров лизоцима в крупнозернистом силовом поле MARTINI. Сравнительный анализ полученных результатов с данными моделирования этих же октамеров в полноатомном поле Amber99sb-ildn показал, что октамер А демонстрирует бóльшую стабильность по сравнению с октамером В в обоих силовых полях. Таким образом, результаты моделирования молекулярной динамики октамеров с помощью обоих силовых полей согласуются. Несмотря на ряд различий в поведении белка в разных полях, они не влияют на справедливость данных, полученных с помощью MARTINI. Это подтверждает применимость силового поля MARTINI для изучения кристаллизационных растворов белков.

Обсуждаются два механизма воздействия переходного состояния строительных частиц (активированных комплексов по С. Аррениусу) на скорость роста кристалла в рамках флуктуационной модели дислокационного роста. Адсорбированные на поверхности растущей грани кластеры переходного состояния выполняют функцию примеси, понижающей поверхностную энергию кристалла в моменты между флуктуациями свободной энергии. Так переходное состояние кристаллизующегося вещества по первому механизму влияет на скорость релаксационного процесса вторичной адсорбции примесей и сокращает период присоединения строительных частиц к грани кристалла. Другие кластеры, образующиеся в растворе, сокращают количество свободных частиц и в условиях низкой концентрации строительного вещества способны понизить скорость кристаллизации. Тем не менее в природной многокомпонентной среде кристаллизации, при малых концентрациях строительного вещества, значимом тепловом эффекте кристаллизации и небольших отклонениях от равновесия роль переходного состояния при росте кристалла в целом незначительна.