Skarpe røntgenbilleder trods ufuldkomne linser

Røntgenstråler gør det muligt at udforske inde i menneskekroppe eller kigge ind i objekter. Teknologien, der bruges til at belyse detaljerne i mikroskopisk små strukturer, er den samme som den, der bruges i velkendte situationer - såsom medicinsk billeddannelse på en klinik eller bagagekontrol i lufthavnen. Røntgenmikroskopi gør det muligt for forskere at studere den tredimensionelle struktur af materialer, organismer eller væv uden at skære og beskadige prøven. Desværre er ydeevnen af ​​røntgenmikroskopi begrænset af vanskelighederne med at producere den perfekte linse. Et hold fra Institut for røntgenfysik ved universitetet i Göttingen har nu vist, at på trods af linsernes fremstillingsbegrænsninger kan en meget højere billedkvalitet og skarphed end nogensinde før opnås ved hjælp af et særligt eksperimentelt arrangement og numerisk billedrekonstruktion nedstrøms :en algoritme kompenserer for underskuddet af linserne. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters .

Forskerne brugte en linse bestående af fint strukturerede lag af nogle få atomlag aflejret fra koncentriske ringe på en tynd ledning. Linsen, med en diameter på mindre end en halvtredsindstyvendedel af en millimeter, blev derefter justeret mellem objektet, der skulle afbildes, og et røntgenkamera i den ekstremt lyse og fokuserede røntgenstråle ved den tyske elektronsynkrotron (DESY) i Hamborg .

På kameraet modtog forskerne tre forskellige typer signaler, der tilsammen gav fuldstændig information om strukturen af ​​det ukendte objekt, selvom objekterne absorberede ringe eller ingen røntgenstråling. Tilbage var blot at finde en passende algoritme til at afkode informationen og rekonstruere den til et skarpt billede. For at denne løsning kunne virke, var det afgørende at måle selve objektivet præcist, hvilket langt fra var perfekt, og helt at undvære antagelsen om, at det kunne være ideelt. I deres første ansøgning undersøgte forskerne halvleder nanotråde, som er af særlig interesse som nye materialer til f.eks. solcelleanlæg.

"Det var kun gennem kombinationen af ​​linser og numerisk billedrekonstruktion, at vi kunne opnå den høje billedkvalitet," forklarer førsteforfatter Dr. Jakob Soltau.

"Sådan kompenserer vi for, at det er umuligt at fremstille røntgenlinser med den nødvendige fine struktur og kvalitet," tilføjer Dr. Markus Osterhoff.

"På grund af disse vanskeligheder havde mange forskere allerede vendt sig væk fra at bruge røntgenmikroskopi med linser og har i stedet forsøgt at erstatte linserne helt med algoritmer. Men ved at bruge både linser og algoritmer sammen, kombinerer vores tilgang nu det bedste fra begge dele. verdener," slutter professor Tim Salditt.

En særlig fordel ved den nye metode er, at objektet ikke skal scannes, hvilket betyder, at meget hurtige mikroskopiske processer i materialer også kan "filmes" i bevægelse. Sådanne eksperimenter er planlagt som næste skridt hos DESY og ved den europæiske røntgenlaser XFEL i Hamborg. + Udforsk yderligere

En ny metode til at danne en linse til elektronmikroskoper med atomopløsning