Optag opløsning i røntgenmikroskopi

Forskere ved Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Paul Scherrer Instituttet i Schweiz og andre institutioner i Paris, Hamborg og Basel, er det lykkedes at sætte ny rekord i røntgenmikroskopi. Med forbedrede diffraktive linser og mere præcis prøvepositionering, de var i stand til at opnå rumlig opløsning i den encifrede nanometerskala. Denne nye dimension i direkte billeddannelse kan give betydelige impulser til forskning i nanostrukturer og yderligere fremme udviklingen af ​​solceller og nye typer magnetisk datalagring. Resultaterne er nu blevet offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Optica med titlen "Blød røntgenmikroskopi med 7 nm opløsning."

Blød røntgenmikroskopi, som anvender lavenergi røntgenstråler bruges til at undersøge materialers egenskaber i nanoskalaen. Denne teknologi kan bruges til at bestemme strukturen af ​​organiske film, der spiller en vigtig rolle i udviklingen af ​​solceller og batterier. Det gør det også muligt at observere kemiske processer eller katalytiske reaktioner af partikler. Metoden tillader undersøgelse af såkaldt spindynamik. Elektroner kan ikke kun transportere elektrisk ladning, men har også en indre rotationsretning, som kunne bruges til nye typer magnetisk datalagring.

For at forbedre forskningen i disse processer i fremtiden, forskere skal kunne 'zoome' ind på den encifrede nanometerskala. Dette er teoretisk muligt med bløde røntgenstråler, men indtil nu har det kun været muligt at opnå rumlig opløsning på under 10 nanometer ved hjælp af indirekte billeddannelsesmetoder, der kræver efterfølgende rekonstruktion. "For dynamiske processer såsom kemiske reaktioner eller magnetisk partikelinteraktion, vi skal være i stand til at se strukturerne direkte, " forklarer Prof. Dr. Rainer Fink fra Chair of Physical Chemistry II ved FAU. "Røntgenmikroskopi er særligt velegnet til dette, da det kan bruges mere fleksibelt i magnetiske miljøer end elektronmikroskopi, for eksempel."

Forbedret fokusering og kalibrering

Arbejder med Paul Scherrer Instituttet og andre institutioner i Paris, Hamborg, og Basel, forskerne har nu slået ny rekord i røntgenmikroskopi, da det i flere forskellige eksperimenter er lykkedes at opnå en rekordopløsning på 7 nanometer. Denne succes er ikke primært baseret på mere kraftfulde kilder til røntgenstråler, men på at forbedre strålernes fokus ved hjælp af diffraktive linser og mere præcis kalibrering af testprøverne. "Vi optimerede strukturstørrelsen af ​​Fresnel-zonepladerne, som bruges til at fokusere røntgenstråler, " forklarer Rainer Fink. "Derudover, vi var i stand til at placere prøverne i enheden med en meget højere nøjagtighed og gengive denne nøjagtighed." Det er netop denne begrænsede positionering og stabiliteten af ​​systemet som helhed, der har forhindret forbedringer i opløsning i direkte billeddannelse indtil nu.

Bemærkelsesværdigt, denne rekordopløsning blev ikke kun opnået med specialdesignede teststrukturer, men også i praktiske applikationer. For eksempel, forskerne studerede magnetfeltorienteringen af ​​jernpartikler, der måler 5 til 20 nanometer med deres nye optik. Prof. Fink forklarer:"Vi antager, at vores resultater vil fremskynde forskning i energimaterialer og nanomagnetisme i særdeleshed. De relevante strukturstørrelser i dette felt er ofte under de nuværende opløsningsgrænser."