.
О чем написано в моих научных статьях
Виктор Кон, 21-04-2023, kohnvict@yandex.ru
Еще в 1998 году, в самом начале развития моего персонального сайта, я придумал написать краткие аннотации всех основных направлений своей деятельности. Их не так много по сравнению со всей физикой, в основном это рентгеновская оптика. Но зато в самой рентгеновской оптике я работал практически во всех разделах и даже многие из них начинались именно с моих работ. Этот старый сайт до сих пор существует, вот ссылка 
. Последний раз он обновлялся в 2003 году, то есть давно. Хотя направления моей работы с тех пор мало изменились, но новых результатов получено много. По этой причине я решил написать об этом на новом сайте. И написать его по другому, с высоты прожитых лет. Полезно иметь готовый ответ на вопрос "что ты сделал за свою жизнь".
Фокус в том, что статьи такого типа со временем становятся неполными и их нужно периодически обновлять. И вот сейчас показана уже вторично обновленная версия на момент апреля 2023 года. Время идет и новые статьи появляются. Уже много лет у меня на сайте есть список всех моих публикаций, точнее несколько списков и почти все статьи можно посмотреть по ссылке в списках. Соответственно каждая публикация имеет свой номер в этих списках. На главный список можно перейти по этой ссылке . Я буду указывать номера статей по этим спискам. Стиль изложения относительно свободный, но я буду сочетать хронологию и важность темы. То есть сначала будут указаны более важные темы, а среди равных по важности в хронологическом порядке. Итак, вот список тем, перед каждым названием есть иконка -- ссылка на статью о теме.
Теория рентгеновского фазового контраста методом in-line изображения
Теория рентгеновских составных преломляющих линз для фокусировки и изображения
Теория многоволновой дифракции рентгеновских лучей в совершенном кристалле
Теория ядерного резонансного рассеяния синхротронного излучения в совершенном кристалле
Исследование структуры приповерхностных слоев кристаллов и метод стоячих рентгеновских волн
Рентгеновская секционная топография и дифракционная фокусировка сферической волны кристаллом
Теория фокусировки рентгеновских лучей зонными пластинками Френеля
Теория отражения рентгеновских лучей многослойными зеркалами
Многочастичная теория электронной подсистемы металлов
Другие темы
Теория рентгеновского фазового контраста методом in-line изображения
Это была красивая история, которая началась в самом начале 1995 года. Перед новым 1995 годом я в Чернологовке встретился с Анатолием Снигиревым, который в то время уже работал в самом привлекательном месте для всех специалистов по рентгену, а именно, на новом источнике синхротронного излучения (СИ) в Гренобле (ESRF, European Synchrotron Radiation Facility). Он приехал домой на рождественские каникулы. Мы с ним и раньше работали, поэтому хорошо знали друг друга. Он мне рассказал о том, что они наблюдают новый эффект и им нужна теория. Я согласился ее сделать. Он прислал мне приглашение во Францию, я приехал и какие-то основы теории сделал. Первая статья была опубликована в конце 1995 года и открыла собой новое направлление в рентгеновской оптике. На момент написания этого текста на эту статью уже ссылались более 1800 раз. Ее номер 91. А до нее была публикации в ESRF, ее номер 90.
Теорию написать было не трудно, но для меня эта тема была совершенно новой. Она очень похожа на теорию Габоровской in-line голографии, но не совсем. Все-таки у рентгеновского излучения есть своя специфика. Важно, что новый источник СИ имел достаточно высокую когерентность, что и необходимо для фазового контраста. Но характер взаимодействия рентгеновского излучения с веществом очень отличается от оптики видимого света, и эту специфику надо было учесть. Это и было сделано в статье. В последующем необходимо было решать обратную задачу получения профиля фазы из профиля интенсивности, который измеряет детектор. Эту задачу решало много людей. Я тоже внес свой вклад статьей 97.
Также надо отметить статьи 93, 95, 100, 113, 120, 121, 123. В статье 95 был получен приоритет в фазовоконтрастной томографии. Следует отметить, что до этого Снигирев занимался фокусировкой рентгеновского излучения Брэгг-Френелевскими линзами. На хвосте этой деятельности я построил теорию, которая была опубликована в статьях 89, 92, 102. Но прямого продолжения у Снигирева это направление не имело. Был один эпизод в статье 146 и все. В указанных статьях были развиты численные методы компьютерного моделирования для расчета быстроосциллирующих интегралов, использовалось лучевое приближение на основе метода стационарной фазы и многое другое.
Позднее я продолжил это направление в соавторстве в Татьяной Аргуновой. Она измеряла фазовый контраст от микропор в кристаллах карбида кремния. Там было много сложностей, которые мне удалось решить и разработать как численные методы и программу, так и аналитические подходы. Цикл работ с Аргуновой публиковался с 2007 года и имеет номера статей 165, 167, 169, 173, 185, 186, 192, 197, 198, 202, 204, 207, 208, 211, 219. Несколько другой тип фазового контраста с использованием фокусирующих линз, а именно, фазовый контраст Цернике был рассмотрен с помощью аспиранта Миши Орлова, который защитил кандидатскую диссертацию. Это статьи 184, 188, 193, 196.
В последние пять лет работы по этой теме продолжались. Были опубликованы статьи с номерами 222, 225, 229-231, 233, 242, 243, 246 . Теория тут уже почти вся сделана, но надо разбираться в экспериментах и продолжать напоминать о своих подходах и методах.
Теория рентгеновских составных преломляющих линз для фокусировки и изображения
Такое было со мной единственный раз в жизни, что новая идея составных рентгеновских преломляющих линз возникла в дискуссии с Анатолием Снигиревым. До этого случая все мои идеи появлялись далеко от рабочего стола: в ванной с горячей водой, часто утром в постели, на прогулке по красивым местам и т. д. На этот раз это произошло в промежутке между катанием на горных лыжах в Альпах, это красивая история. Идея была довольно простая, и все же публикация первой статьи нового направления в самом престижном журнале "Nature" имела большой резонанс. Однако, теория проста только на первом этапе. Многие вопросы возникли на втором этапе, а экперимент обнаружил свойства, которые непросто объяснить. Работа все еще находится в процессе.
На сегодня я рассматриваю эту идею как мое наиболее красивое открытие. Я имел благоприятную возможность работать с экпериментаторами высокого уровня, которые впервые получили красивые результаты в совершенно новой технике с когерентным рентгеновским пучком синхротронного излучения (СИ) источников третьего поколения (ESRF, Гренобль). Самая первая статья была опубликована в конце 1996 года и имеет номер 96. На момент написания этого текста на эту статью уже ссылались более 1300 раз. Она вторая по цитируемости. Но ссылок не так много по той простой причине, что в первой работе линзы были очень примитивные, которые сейчас уже не используют или мало используют. Более хорошие линзы были представлены Ленгелером без моего участия и на его статью отходит часть ссылок.
Мне удалось решить проблему быстрого расчета длинных линз, состоящих из большого числа элементов, длина которых сравнима или даже меньше фокусного расстояния. Для таких линз формулы классической оптики не применимы. Я построил аналитическую теорию плотноупакованных линз и полуаналитическую теорию линз в любой плотностью. Также в статьях развивалась теория изображения с помощью таких линх, а также интерферометры на основе линз. Особое место занимают статьи, в которых делается численное моделирование фокусировки линзами и дифракции в кристаллах одновременно. Но я буду относить такие статьи к дифракции в кристаллах. Здесь они не указываются. По этому направлению были опубликованы статьи с номерами 101, 106, 126, 127, 129, 130, 132, 133, 137-139, 141-144, 147, 150, 152, 157, 171, 172, 174, 177, 190, 194, 209, 210, 216-218, 221, 224, 227, 238-240, 244, 245, 247, 249-251.. Эта деятельность до сих одна из основных для меня.
Теория многоволновой дифракции рентгеновских лучей в совершенном кристалле
Многоволновой дифракцией рентгеновских лучей я начал заниматься сразу после защиты кандидатской диссертации по инициативе моего научного руководителя. Поначалу работа шла очень туго, я долго не мог зацепиться за правильное решение задачи. Дело в том, что было необходимо решать задачу на собственные значения матрицы 6-го порядка и выше, а компьютеры тогда были очень слабые, их было мало, и никто на них работать не умел. Все искали аналитическое решение, а его получить никак невозможно, потому что алгебраическое уравнение 6-й степени не имеет аналитических решений в общем случае.
Но постепенно удалось кое-что сделать аналитически, а потом и численные методы освоить. Специфика этой работы на первом этапе состояла в том, что мы в Афанасьевым (мой научный руководитель в то время) сначала записали все решения в книгу Пинскера по рентгеновской оптике, а потом уже и в научные статьи. Сначала теория развивалась для плоской падающей волны, а затем и для сферической падающей волны, то есть как бы аналог многоволновой топографии совершенного кристалла. В процессе работы были открыты некие новые эффекты, например, эффект аномально резкого уменьшения поглощения для части излучения, и эффект полного отражения в запрещенный рефлекс.
Эффекты многоволновой дифракции очень сложно как наблюдать экспериментально, так и моделировать теоретически. По этой причине проблема в целом еще далеко не решена, а число ученых, которые ей занимаются, невелико. Не всем интересно заниматься сложными проблемами, не имеющими выхода в практику и не являющимися модными по причине многообещающих прорывов в технике. Но так получилось, что я практически всю свою научную жизнь занимался этой темой и являюсь одним из главных специалистов по ней. Соответственно и число опубликованных статей относительно велико. Их номера показаны ниже 5-9, 13, 20-22, 26, 34, 36, 43, 46, 49, 53-56, 61, 72-77, 79, 81-83, 94, 109, 180, 183, 187, 189, 195, 212, 213, 215, 220..
Теория ядерного резонансного рассеяния синхротронного излучения в совершенном кристалле
Данная тема является четвертой в списке и, в то же время, это первая тема, по которой я прекратил работать. По первым трем темам работы продолжаются. Причина не в том, что все задачи решены, хотя частично и так можно сказать, а в том, что больше не хватает сил вести сразу все темы и от чего-то необходимо отказываться. На протяжении своей жизни я потратил на работы по этой теме довольно много времени, и статей было опубликовано немало. Некоторые из них очень хорошо цитируются. Самая первая в развернутом варианте более 200 раз, третье место по цитированию среди моих публикаций.
Излучение ядер обычно называют гамма-излучением, а не рентгеновским излучением по механизму процесса рождения фотонов. Дело в том, что рентгеновское излучение создают атомы при возбуждении нижних электронных оболочек, а не ядра. Но синхротронное излучение имеет очень широкий спектр и совсем другую природу создания фотонов. Они возникают при торможении электронов со скоростями, близкими к скорости света. И если из спектра выделить с высокой точностью частоту ядерного резонансного перехода, то ядра будут рассеивать такое излучение. Поэтому слова "ядерное рассеяние рентгеновского излучения" незаконны, но слова "ядерное рассеяние синхротронного излучения" вполне имеют смысл.
И я являюсь соавтором одной из первых статей по теории этого эффекта. Низкое цитирование статьи по сравнению с первыми двумя местами объясняется просто тем, что число исследователей по этой теме невелико. Эта первая статья поначалу в моей работе была эпизодом. Но после моего появления в Гренобле я стал заниматься этой темой регулярно и тоже много статей было опубликовано, в том числе и совместно с экспериментаторами. Тут можно выделить статьи по когерентному рассеянию с сохранением частоты (эффект Мессбауэра), а также статьи по некогерентному рассеянию с изменением частоты и возможностью измерения фононных спектров кристалла. Есть и другие аспекты явлений и теории для их описания. По данной теме опубликованы статьи с номерами 17, 18, 80, 87, 88, 98, 99, 103, 104, 107, 108, 110, 111, 112, 114, 117, 118, 122, 125, 135, 151, 164, 175, 181
Исследование структуры приповерхностных слоев кристаллов и метод стоячих рентгеновских волн
Этой темой я тоже начал заниматься сразу после защиты кандидатской диссертации под большим нажимом со стороны своего руководителя. Он вывел меня на Ковальчука и поначалу мы работали все вместе. Потом компания разделилась и Афанасьев оказался лидером другой группы, а я с Ковальчуком и его лабораторией работал самостоятельно. Работа закончилась в период окончания перестройки и перехода к рыночным отношениям. Мне пришлось сменить тему, чтобы заработать денег за счет поездок за границу. А эта работа проводилась в России и не оплачивалась после 1992 года должным образом. В то время почти вся лаборатория Ковальчука распалась, а сам он стал активно заниматься административной работой.
Но за начальный период моей научной работы с конца 1970-х по начало 1990-х было сделано немало, в том числе и опубликовано достаточно большое число статей. Многие из них имеют довольно высокую цитируемость и формируют мой индекс Хирша. Первоначально задача ставилась таким образом, чтобы развить методы исследования структуры приповерхностных слоев полупроводниковых кристалллов, использующихся в микроэлектронике. Это были и чисто рентгеновкие методы, и методы совмещающие рентгеновскую дифракцию с фотоэлектронной спектроскопией и другими неупругими процессами. Как раз последние получили название метода стоячих рентгеновских волн по той причине, что в отличие от обычной фотоэлектронной спектроскопии при освещении атомов кристалла одной волной здесь было две волны под разными углами, которые создавали стоячую волну излучения с перидом, кратным периоду кристалла.
Это позволяло определить положения атомов относительно стоячей волны излучения. А также определить -- являются ли эти положения регулярными, то есть образуют периодическую структуру или нет. Такая информация была крайне важна при обработке приповерхностного слоя разными методами, в том числе внедрением примесных атомов либо через диффузию, либо выстреливая их из пушки (имплантация). Информация получалась путем сравнения экспериментальных кривых угловой зависимости отражения и выхода вторичных излучений с расчетными кривыми, то есть полученными в соответствии с теорией. Я как раз и занимался моделированием таких кривых и подгонкой их под экспериментальные кривые при варьировании параметров, характеризующих структуру приповерхностного слоя кристалла. Я разработал модель многослойного кристалла, которая позволяла быстрее выполнять расчеты по сравнению со стандартным методом решения уравнений Такаги.
Итак, осталось указать номера статей, которые были опубликованы по этой теме. Вот они 12, 15, 16, 27, 28, 32, 37-39, 41-44, 48, 50-52, 55, 57-60, 62-67, 69-71, 78, 79, 116, 119, 124, 134, 136, 155, 200, 201, 214. Следует отметить, что статьи 43, 55, 79 уже упоминались в предыдущей теме. Они относятся сразу к двум темам, так как в них выход вторичных излучений изучается при многоволновой дифракции рентгеновских лучей, в отличие от стандартной двухволновой дифракции.
Рентгеновская секционная топография и дифракционная фокусировка сферической волны кристаллом
Данная тема относится к самой первой по времени теме, если не считать статью, опубликованную по дипломной работе. Она была в моей кандидатской диссертации, и самая первая статья по этой теме также классическая. Она явилась одной из основных, которые сформулировали теорию метода секционной топографии исследования дефектов в кристаллах в схеме на просвет (геометрия Лауэ) и на отражение (геометрия Брэгга). Она много цитировалась. Впоследствие был обнаружен новый эффект дифракционной фокусировки сферической волны плоским кристаллом в случае, когда между точечным источнником и детектором есть большое расстояние и используется схема на просвет. Эффект был изучен и забыт на долгие годы. Но недавно ему нашлось применение в новых источниках излучения и статьи вновь стали печататься.
Дифракцию рентгеновских лучей в деформированных кристаллах, то есть в кристаллах с неоднородной структурой, изучали методом численного решения дифференциальных уравнений Такаги. В кандидатской диссертации был найден аналог этих уравнений в интегральной форме. Он был интересен тем, что для совершенного кристалла сразу давал решение в виде свертки произвольной падающей на кристалл волны и специальной функции, которая полностью характеризовала кристалл и являлась по сути пропагатором кристалла. Вот эта функция, аналитическая форма которой выражалась через функцию Бесселя и экспоненту и использовалась впоследствие в большом числе работ. На самом деле пропагатор кристалла был получен еще раньше как фурье образ угловой зависомости амплитуды отражения плоской волны.
В настоящее время процедура быстрого преобразования Фурье (fast Fourier transformation, FFT) позволяет эффективно пререходить из углового пространства в реальное пространство и обратно. Но в самом начале исследования было важно понимать свойства и связь углового и реального пространств. Более того, используя метод стационарной фазы можно было развить аналог геометрической оптики в случае двухволновой дифракции. А используя аналогию с механикой удалось также развить метод траекторий. Данная тема для меня не была основной, однако она частично вошла в докторскую диссертацию и развивалась в связи анализом экспериментов по дифракции в кристаллах под воздействием внешнего ультразвука. Статей по этой теме меньше, чем в уже отмеченных темах, но все еще больше 10.
Осталось указать номера. Вот они 2-4, 10, 19, 23, 24, 30, 45, 47, 115, 148, 153, 154, 161, 162, 166, 168, 170, 176, 179, 182, 191, 203, 223, 226, 228, 232, 234-237,241, 248.. Можно заметить большой перерыв в разработке этой темы, после 47-го номера сразу идет 115, а затем 148-й. Об этом я уже написал выше. Интерес к дифракции сферической волны в кристалле, действительно, пропадал на долгие годы, пока не удалось найти этому эффекту применение. В последние годы я снова вернулся к этой теме частично благодаря тому, что стал сотрудничать с Ириной Смирновой. Также мне захотелось комбинировать новые и старые методы, в этом есть определенный позитив.
Теория фокусировки рентгеновских лучей зонными пластинками Френеля
Этой темой я занимался по инициативе Анатолия Снигирева в связи с тем, что на источниках синхротронного излучения зонные пластинки Френеля использутся намного чаще, чем преломляющие линзы. Это связано с тем, что для них не существует проблемы поглощения, они имеют малый размер вдоль пучка и существует много фирм, которые изготовляют их на продажу. Учитывая большой интересен к этим рентгеновским оптическим элементам Анатолий придумывал разные способы увеличить эффективность зонных пластинок. А в мою задачу входила разработка методов численного моделирования систем микроскопии на основе зонных пластиной.
Я для себя также построил и аналитическую теорию фокусировки рентгеновского пучка с помощью зонных пластинок, но эта теория осталась не опубликованной, так как по теории зонных пластинок уже даже книги написаны. Да и мне было не интересно этим заниматься. Я в основном проводил численные расчеты. При этом число зон, которые удавалось смоделировать, было намного меньше, чем в реальных круглых зонных пластинках. В плоскими пластинками, фокусирующими в одном измерении ситуация в расчетами была попроще.
Нет смысла подробно излагать результаты. Я просто перечислю номера статей по этой теме. Итак, вот они 149, 156, 158-160, 163, 178. Всего семь статей. Мне удалось заметить кое-какие особенности работы зонных пластинок, но какого-то серьезного влияния на рентгеновскую оптику в целом эти работы не оказали. И их цитируемость была относительно невысокой.
Теория отражения рентгеновских лучей многослойными зеркалами
Эта тема в моей работе относится к числу второстепенных. Меня она никогда не интересовала, хотя в рентгеновской оптике она занимает достаточно видное место и широко представлена на конференциях. Многослойные зеркала -- важный элемент многих приборов, а их диагностика -- важная наука. Но она как бы имеет больше прикладное значение и у меня не было в достаточном количестве знакомых экспериментаторов для работы с ними. Тем не менее, я решил несколько задач по этой теме и опубликовал статьи, некоторые из которых неплохо цитировались.
Сами многослойные зеркала -- это как бы элементы нано-технологий, которые развивались, когда такого слова даже не придумали. На идеально гладкую и чистую поверхность кристалла подложки напыляются поочередно атомы разных сортов, которые самоогранизуются в слои, причем слои могут содержать от одного атомарного слоя до нескольких микрон. Интерес представляют оба варианта, но если кристалл можно выбрать из существющих, то периодические структуры с периодом в десятые или сотые доли микрона просто не существуют. И единственный способ -- сделать их искусственно. Соответственно слои имеют границы и интерес представляет как дифракционное отражение всеми слоями под углом Брэгга, так и влияние чистоты границ на это отражение.
Существуют разные подходы к решению задачи для многослойной структуры. Один их них -- все считать как в кристаллах через диэлектрическую функцию, второй -- использовать реуррентные формулы Паррата на основе формул Френеля отражения плоской волны от границы двух сред. Я использовал второй метод в численных расчетах, и мне удалось получить аналитическое решение для рекуррентных формул. Нет смысла тут подробно об этом писать, так как работ было мало и я эту деятельность не считаю для себя главной. Хотя в любой момент могу к ней вернуться.
Итак, перечисляю номера статей 84-86, 128, 131. Всего пять статей. Но среди них есть одна работа, которая вошла в индекс Хирша и известна среди специалистов по данной теме.
Многочастичная теория электронной подсистемы металлов
Данная тема относится совсем к другому разделу физики. Так получилось, что мне пришлось этим заниматься по просьбе своего коллеги и друга нашей семьи, который до этого работал по тематике эффекта Мессбауэра и вдруг перешел в другую тему согласно планам руководства Института. Ему показалось, что он нашел некое решение сложнейшей задачи, которое еще не публиковалось. Но чтобы это проверить необходимо было провести численные расчеты, а дело было в начале 80-х годов, когда компьютеры были мало доступны, а работать за ними было сложно. Он не умел и попросил меня ему помочь. Кончилось это тем, что мы написали несколько статей и обзор, но получить какой-то выдающийся результат не удалось.
В конце концов выяснилось, что наше приближение эквивалентно одному из уже полученных, но вывод был сделан другим способом. А полный расчет всех свойств системы и проверка известных тождеств показали, что приближение все еще плохое. Это была очень сложная работа, как вычислительная, так и аналитическая. Также я написал в обзор информацию про все чужие работы. Препринты статей на бумаге собирал мой коллега и друг, а читал и разбирался в них я. Это была хорошая школа во всех отношениях. Работать было интересно. Но для моей карьеры эти работы бесполезны. Тем не менее, они сыграли важный вклад в теорию металлов в свое время.
Кроме того, я по этой теме два раза съездил в командировку за границу, пока меня не забраковала медицинская комиссия. Удалось побывать в Будапеште и в Дрездене. Итак номера статей 25, 31, 33, 35, 40, 68. Всего шесть статей, но работа была проделана большая и страсти кипели.
Другие темы
В указанные выше темы не вошло небольшое число статей, вот их номера 1, 11, 14, 29, 105, 140, 145, 199, 205, 206, 222. Последние три статьи посвящены новой теме распространения рентгеновских лучей в фотонных кристаллах. Эта тема только начинается и еще в самом начале разработки. Я намерен ее продолжать, но пока она не очень раскручена. Статьи недавно напечатаны и эксперимент очень сложный, соответствия пока нет. Статья 199 посвящена стандартной томографии. Экспериментаторы использовали мою программу и по моей просьбе записали меня в список соавторов. Программа у меня есть, но что с ней делать пока не ясно. Статьи 140 и 145 по методу EXAFS. Снова меня попросили помочь экспериментаторы (Артемьев). Я просканировал интернет, нашел статьи по теории и методам. Скачал нужную программу, научился сам и научил экспериментаторов с ней работать. Они написали статьи и вписали меня.
Статья 105 выполнена по оптике видимого света. Отражение от кривого зеркала я вычислял методом геометрической оптики. С экспериментом совпало не очень, но качественное совпадение получилось. Снова работа сделана по просьбе Артемьева. Работа 29 не получилась, хотя и отняла у меня много времени и сил. Тема -- водород в металле. В то время я еще был молодой и начальство меня нагружало всем, что ему было интересно. По этой работе был сделан доклад на конференции, кроме тезисов больше ничего нет, даже рукописи. Работа 14 была сделана по технической сверхпроводимости. Как раз на деньги этой лаборатории меня взяли на работу. Я пробовал что-то делать, но кроме этой работы больше ничего не получилось.
Статья 11 была написана после дискуссии на конференции и посвящена когерентности. Хотя в ней все правильно написано, но ничего оригинального в ней нет. Тем не менее, я до сих пор ее иногда цитирую в новыйх статьях. Статья 1 была написана по результатам дипломной работы. В ней вычисляются поправки в коэффициент поглощения за счет рассеяния на фононах. Поправки оказались очень малы и до сих пор ни на что не влияют.
.