Nyt spejl, der kan formes fleksibelt, forbedrer røntgenmikroskoper
Et team af forskere i Japan har konstrueret et spejl til røntgenstråler, der kan formes fleksibelt, hvilket resulterer i bemærkelsesværdig præcision på atomniveau og øget stabilitet.
Den nye teknologi udviklet af Satoshi Matsuyama og Takato Inoue ved Graduate School of Engineering ved Nagoya University, i samarbejde med RIKEN og JTEC Corporation, forbedrer ydeevnen af røntgenmikroskoper og andre teknologier, der bruger røntgenspejle. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Optica .
Et røntgenmikroskop er et avanceret billeddannende værktøj, der bygger bro mellem elektron- og lysmikroskopi. Den bruger røntgenstråler, som kan give bedre opløsning end lys og trænge ind i prøver, der er for tykke til, at elektroner kan trænge ind. Dette giver mulighed for billeddannelse af strukturer, der er svære at se med andre mikroskopiteknikker.
Røntgenmikroskoper har høj opløsning, hvilket gør dem særligt værdifulde inden for områder som materialevidenskab og biologi, fordi de kan observere sammensætningen, den kemiske tilstand og strukturen inde i en prøve.
Spejle spiller en afgørende rolle i røntgenmikroskoper. De reflekterer røntgenstråler, hvilket muliggør billeddannelse af komplekse strukturer i høj opløsning. Billeder af høj kvalitet og nøjagtige målinger er en nødvendighed, især inden for avancerede videnskabelige områder såsom katalysator- og batteriinspektioner.
Den lille bølgelængde af røntgenstråler gør dem imidlertid sårbare over for forvrængning fra mindre fabrikationsfejl og miljøpåvirkninger. Dette skaber bølgefrontaberrationer, der kan begrænse billedopløsningen. Matsuyama og hans samarbejdspartnere løste dette problem ved at skabe et spejl, der kan deformere, justere dets form i henhold til den detekterede røntgenbølgefront.
For at optimere deres spejl kiggede forskerne på piezoelektriske materialer. Disse materialer er nyttige, fordi de kan deformere eller ændre form, når et elektrisk felt påføres. Dette gør det muligt for materialet at omforme sig selv for at reagere på selv mindre afvigelser i den detekterede bølge.
Efter at have overvejet forskellige forbindelser, valgte forskerne en enkelt krystal af lithiumniobat som deres formforanderlige spejl. Enkeltkrystal lithiumniobat er nyttigt i røntgenteknologi, fordi det kan udvides og trækkes sammen af et elektrisk felt og poleres for at lave en meget reflekterende overflade. Dette gør det muligt at fungere som både aktuator og den reflekterende overflade, hvilket forenkler enheden.
"Konventionelle røntgen-deformerbare spejle fremstilles ved at binde et glassubstrat og en PZT-plade. Sammenføjning af uens materialer er imidlertid ikke ideelt og resulterer i ustabilitet," sagde Matsuyama.
"For at overvinde dette problem brugte vi et enkelt krystal piezomateriale, der tilbyder enestående stabilitet, fordi det er lavet af et ensartet materiale uden binding. På grund af denne enkle struktur kan spejlet frit deformeres med atomær præcision. Desuden blev denne præcision bibeholdt i syv timer, hvilket bekræfter dens ekstremt høje stabilitet."
Da de testede deres nye enhed, fandt Matsuyamas team ud af, at deres røntgenmikroskop oversteg forventningerne. Dens høje opløsning gør den særligt velegnet til at observere mikroskopiske objekter, såsom komponenter af halvlederkomponenter.
Sammenlignet med den rumlige opløsning af konventionel røntgenmikroskopi (typisk 100 nm), har deres teknik potentiale til at udvikle et mikroskop, der giver en opløsning omkring 10 gange bedre (10 nm), fordi aberrationskorrektionen bringer det tættere på den ideelle opløsning.
"Denne præstation vil fremme udviklingen af højopløsnings røntgenmikroskoper, som var blevet begrænset af præcisionen i fremstillingsprocessen," sagde Matsuyama.
"Disse spejle kan anvendes på andre røntgenapparater, såsom litografiapparater, teleskoper, CT i medicinsk diagnostik og røntgen-nanostråledannelse."
Flere oplysninger: Takato Inoue et al, Monolitisk deformerbart spejl baseret på lithiumniobat-enkeltkrystal til højopløsnings røntgenadaptiv mikroskopi, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.516909
Journaloplysninger: Optica
Leveret af Nagoya University
Varme artikler
-
Quantum skridt fremad for at beskytte kommunikation mod hackereEn hacker kan angribe de elektroniske enheder, der bruges til informationstransmission. Kredit:University of York Forskere ved University of York har vist, at en ny kvantebaseret procedure til dis -
Download Big Bang på din smartphoneBig Bang -appen i aktion. Kredit:Google Arts &Culture Oplev den 13,8 milliarder år gamle historie om universet på bare syv minutter med CERNs nye Big Bang-app. Lanceret i dag ved Google Arts and C -
Forskere hjælper banebrydende test af seriel krystallografiteknikI en væskedråbe (repræsenteret af den lyseblå cirkel), et antibiotikum dispergeres gennem et krystalliseret protein, beta-lactamase, og binder sig til det. Røntgenbilleder af det bundne par tillod for -
Elektrondiffraktion lokaliserer brintatomerRepræsentation af strukturen af et koboltaluminophosphat, overlejret på et kort, der viser maksima (i gult) forbundet med brintpositionerne, efter analyse af elektrondiffraktionsdataene. Kredit:P. B
- Neutronstjerne med stærkt magnetfelt kan stadig skyde jetfly
- Facebook laver en større ledelsesrevision
- At fylde det tidlige univers med knuder kan forklare, hvorfor verden er tredimensionel
- Rejsegiganten Expedia sender CEO-pakning efter svage resultater
- Simuleringer tyder på, at Saturn kan have hjulpet med at skabe Jupiters store måner
- Model hjælper bestræbelserne på at reducere omkostningerne til kulstof nanostrukturer for industr…