Fokus på dette:Team øger røntgenlaserfokuseringsevnen

En X-ray free-electron laser (XFEL) er en røntgenstråle produceret af en stråle af frie elektroner, der er blevet accelereret næsten til lysets hastighed. XFEL'er producerer laserstråler med overordentlig høj spidseffektintensitet, hvilket gør dem attraktive for anvendelser inden for grundforskning, såsom ikke-lineær røntgenoptik og proteinkrystalstrukturbestemmelse, og også inden for medicin. Det er vigtigt at fokusere XFEL-stråler præcist for at opnå høj ydeevne. Lasere fokuseres typisk ved hjælp af totalreflektionsspejle; imidlertid, konventionelle spejle er uegnede til dannelse af under-10 nm røntgenstråler, fordi sådanne spejle ikke kan levere den store numeriske blændeåbning, der kræves. For at overvinde denne begrænsning, Røntgenstråler kan fokuseres ved hjælp af flerlagsspejle. Desværre, det er vanskeligt at fremstille sådanne flerlagsspejle, fordi der kræves meget høj fremstillingsnøjagtighed.

Et samarbejde ledet af Osaka University har for nylig udviklet en ny teknik til fremstilling af ultrapræcise flerlagsfokuseringsspejle med en formnøjagtighed på mindre end 1 nm, som kan fokusere en XFEL-stråle til en størrelse på mindre end 10 nanometer.

"For at opnå en meget fokuseret XFEL, vi undersøgte bølgefrontbestemmelse ved hjælp af et røntgen-enkeltgitter-interferometer og direkte formkorrektion af flerlagsfokuseringsspejlene ved hjælp af en differentiel deponeringsmetode, " siger hovedforfatter Satoshi Matsuyama.

Holdet fremstillede først flerlags fokuseringsspejle ved magnetronforstøvning af platin- og kulstof-flerlag. Sputteringsprocessen blev fint styret ved hjælp af et endimensionelt scanningstrin og computer. De fremstillede flerlagsspejle blev samlet i et to-trins strålefokuseringssystem. Bølgefronten af ​​en XFEL-stråle efter at have passeret gennem strålefokuseringssystemet blev derefter målt ved hjælp af et gitterinterferometer for at bestemme bølgefrontens aberration fra det teoretiske ideal forårsaget af afvigelse af den faktiske spejlform fra det tilsigtede design.

Formen af ​​fokuseringsspejlene blev derefter korrigeret ved differentiel aflejring. Bølgefronterne før og efter formkorrektion blev sammenlignet, hvilket afslørede, at korrektionen med succes forbedrede kvaliteten af ​​flerlagsspejlene for at give XFEL-strålestørrelse på mindre end ti nanometer.

"Vi forventer, at flerlagsfokuseringsspejle fremstillet ved den tilgang, der er etableret i dette arbejde, snart vil være tilgængelige til brug i XFEL- og synkrotronstrålingsfaciliteter, " siger seniorforfatter Kazuto Yamauchi. "Sådanne stærkt fokuserede stråler vil åbne nye grænser inden for røntgenvidenskab."

Den høje XFEL-intensitet opnået ved hjælp af de udviklede ultrapræcise flerlagsfokuseringsspejle forventes at forbedre ydeevnen af ​​avancerede røntgenanalyser ved hjælp af XFEL'er.