ИСТИНА

Основная цель проекта состоит в определении механизмов внутреннего трения, связанного со структурой и поверхностью кварцевого стекла и в разработке научных основ технологий, позволяющих минимизировать диссипацию и тепловой шум в пробных массах детекторов гравитационных волн. Исследование внутреннего трения в особочистом кварцевом стекле выполнялось в диапазоне температур 170-600 К на специальном стенде, сконструированном на химическом факультете МГУ. Образцы – модельные резонаторы изготавливались в МГУ из кварцевого стекла КУ-1 и в Университете Глазго из кварцевого стекла Suprasil 311. Изменение структуры материала образцов осуществлялось длительной термообработкой при постоянной температуре. Предварительно были определены условия такой термообработки в диапазоне температур 800-1000 С. Время отжига, необходимое для достижения структурой кварцевого стекла равновесного состояния, было определено измерением кинетики релаксации структуры стекла методом ИК-спектроскопии. Определен коэффициент диффузии ОН-групп (основная примесь) в кварцевом стекле КУ-1 в диапазоне температур 800-980 С. Установлено, что диффузия ОН-групп при отжиге приводит к формированию напряжений в поверхностной зоне, к образованию микротрещин и к появлению дополнительного внутреннего трения. Полученные данные легли в основу методики изготовления модельных резонаторов с различной структурой кварцевого стекла с минимально дефектной поверхностью. Выполненные исследования показали зависимость внутреннего трения от структуры материала, в частности установлено аномальное отклонение диссипативных свойств кварцевого стекла, отожженного при температурах 875-900 С. Этот эффект может быть связан с фазовым переходом в квазикристаллических образованиях – кристаллоидах, существование которых в стеклообразном состоянии подтверждается литературными данными. Изучены поверхностные диссипативные эффекты, связанные с наличием нарушенного поверхностного слоя и адсорбцией молекул воды из газовой фазы. Продемонстрирована эффективность химического травления для удаления нарушенного слоя с поверхности модельных резонаторов и кантилеверов. С помощью лазерного и рамановского микроскопа изучено изменение микрорельефа поверхности кварцевого стекла при химическом травлении и разработана компьютерная модель этого процесса. Работа по проекту проводилась в тесном сотрудничестве с группой исследователей из Университета Глазго.