Atomic jet-den første linse til ekstremt ultraviolet lys udviklet

Forskere fra Max Born Institute (MBI) har udviklet det første brydningsobjektiv, der fokuserer ekstreme ultraviolette stråler. I stedet for at bruge en glaslinse, som er uigennemsigtig i den ekstrem-ultraviolette region, forskerne har demonstreret en linse, der er dannet af en atomstråle. Resultaterne, som giver nye muligheder for billeddannelse af biologiske prøver på de korteste tidsskalaer, blev offentliggjort i Natur .

En træstamme, der er delvis nedsænket i vand, ser ud til at være bøjet. I hundredvis af år har mennesker vidst, at dette skyldes brydning, dvs. lyset ændrer sin retning, når det bevæger sig fra et medium (vand) til et andet (luft) i en vinkel. Brydning er også det underliggende fysiske princip bag linser, der spiller en uundværlig rolle i hverdagen:De er en del af det menneskelige øje, de bruges som glas, kontaktlinser, som kameramål og til styring af laserstråler.

Efter opdagelsen af ​​nye områder af det elektromagnetiske spektrum, såsom ultraviolet (UV) og røntgenstråling, brydningslinser blev udviklet, der er specielt tilpasset disse spektrale områder. Elektromagnetisk stråling i den ekstrem-ultraviolette (XUV) region er, imidlertid, noget specielt. Det optager bølgelængdeområdet mellem UV- og røntgendomæner, men i modsætning til de to sidstnævnte strålingstyper, den kan kun rejse i vakuum eller stærkt sjældne gasser. I dag bruges XUV -bjælker i vid udstrækning i halvlederlitografi såvel som i grundforskning til at forstå og kontrollere stofets dynamik og dynamik. De gør det muligt at generere de korteste menneskeskabte lysimpulser med attosekunders varighed (et attosekund er en milliarddel af en milliarddel af et sekund). Imidlertid, på trods af det store antal XUV -kilder og applikationer, ingen XUV -objektiver har eksisteret indtil nu. Årsagen er, at XUV -stråling absorberes stærkt af et fast eller flydende materiale og simpelthen ikke kan passere gennem konventionelle linser.

For at fokusere XUV -stråler, et team af MBI -forskere har taget en anden tilgang:De erstattede en glaslinse med den, der blev dannet af en atomstråle af en ædelgas, helium. Denne linse drager fordel af den høje transmission af helium i XUV -spektralområdet og kan samtidig kontrolleres præcist ved at ændre densiteten af ​​gassen i strålen. Dette er vigtigt for at justere brændvidden og minimere spotstørrelserne på de fokuserede XUV -stråler.

I sammenligning med buede spejle, der ofte bruges til at fokusere XUV -stråling, disse gasformige brydningslinser har en række fordele:En 'ny' linse genereres konstant gennem atomstrømmen i strålen, hvilket betyder, at problemer med skader undgås. Desuden, en gaslinse resulterer stort set ikke i tab af XUV -stråling sammenlignet med et typisk spejl. "Dette er en stor forbedring, fordi generationen af ​​XUV -bjælker er kompleks og ofte meget dyr, "Dr. Bernd Schuette, MBI -videnskabsmand og tilsvarende forfatter til publikationen, forklarer.

I arbejdet har forskerne yderligere demonstreret, at en atomstråle kan fungere som et prisme, der bryder XUV -strålingen ind i dens konstituerende spektrale komponenter. Dette kan sammenlignes med observation af en regnbue, som følge af brud på sollyset i dets spektrale farver med vanddråber, bortset fra at 'farverne' på XUV -lyset ikke er synlige for et menneskeligt øje.

Udviklingen af ​​gasfaselinserne og prismerne i XUV-regionen gør det muligt at overføre optiske teknikker, der er baseret på brydning, og som er meget udbredt i den synlige og infrarøde del af det elektromagnetiske spektrum, til XUV -domænet. Gaslinser kunne f.eks. blive udnyttet til at udvikle et XUV -mikroskop eller til at fokusere XUV -stråler til nanometer -spotstørrelser. Dette kan blive anvendt i fremtiden, for eksempel, at observere strukturelle ændringer af biomolekyler på de korteste tidsskalaer.