Rentgena lāzeri iegūst "brilles pāri"

Jaunā optika apvieno rentgena starus bez zaudējumiem un ir spēcīgāka nekā jebkad agrāk

Fokusēta rentgenstaru profils bez (iepriekš) un ar korekcijas optiku © Frenks Seibots / DESY
lasīt skaļi

Ultraskaņas impulsi: pētnieki pirmo reizi ir palaiduši garām "rentgena lāzeru" "brilles". Pielāgotais kvarca stikla objektīvs labo gandrīz neizbēgamus objektīva defektus nanometru diapazonā. Tā rezultātā rentgena starus var koncentrēt spēcīgāk un ar mazākiem zaudējumiem - un tādējādi sniegt dziļāku ieskatu nanopasaulē, kā ziņo pētnieki žurnālā Nature Communications.

Spilgti, bet ļoti koncentrēti rentgenstaru lāzeru un sinhrotonu rentgena stari ir svarīgi instrumenti mazāko struktūru un ķīmisko reakciju izpētei. Tomēr pietiekami viegli un precīzi koncentrēt rentgenstaru nav viegli. "Ir tikai daži materiāli, no kuriem var izgatavot piemērotus rentgena objektīvus un spoguļus, " skaidro Andreass Šrops no Deutsches Elektronen-Sychrotron (DESY). Parasti rentgenstaru optikai tiek izmantotas lēcas, kas izgatavotas no berilija.

Objektīva kļūdas gandrīz neizbēgamas

Bet ir vēl viena problēma: "Tā kā rentgenstaru viļņu garums ir daudz mazāks nekā redzamā gaisma, šādas rentgenstaru optikas iegūšanai ir vajadzīga daudz lielāka precizitāte nekā optiskā viļņa garuma diapazonā, " saka Schropp. “Pat ļoti mazām optikas formas kļūdām var būt satraucošs efekts.” Tomēr diez vai var izvairīties no dažu simtu nanometru novirzēm, berilija lēcas formējot ar speciāliem zīmogiem.

Rezultātā šie objektīvi izkliedē vairāk rentgenstaru, nekā nepieciešams, ārpus fokusa, lai stars zaudētu intensitāti mērķa apgabalā. Daudzām lietojumprogrammām šīm kļūdām nav nozīmes. Bet, ja ir paredzēts, ka rentgenstaru lāzers uzsilda minūtes paraugus vai ja ir nepieciešami ļoti precīzi rentgenstaru attēli, tas ietekmēs rezultātus.

Rentgenstaru lāzera "koriģējošo brilles" princips © Frenks Seibots / DESY

Pielāgotas "brilles", kas izgatavotas no kvarca stikla

Ārstniecības līdzeklis tagad ir sava veida rentgenstaru lāzera un Co "korekcijas brilles", ir izstrādājuši Schropp un viņa kolēģi. Tam zinātnieki sākumā mazina kļūdas savā berilija rentgenstaru optikā. Pamatojoties uz šiem datiem, viņi ar precīza lāzera palīdzību nogrieza precīzi pieguļošu korekcijas lēcu, kas izgatavota no kvarca stikla. Pētnieki pārbaudīja šo brilles ietekmi uz ASV pētniecības centra SLAC Kalifornijas rentgena lāzera LCLS. displejs

Rezultāts: "Bez korekcijas objektīva mūsu optika koncentrēja apmēram 75 procentus rentgenstaru uz virsmu, kuras diametrs ir aptuveni 1600 nanometri. Tas ir apmēram desmit reizes lielāks par teorētiski iespējamo vērtību, "ziņo Frenks Seibots no Drēzdenes Tehniskās universitātes. "Ar brillēm šis laukums saruka līdz aptuveni 250 nanometriem diametrā un tādējādi bija tuvu teorētiskajam optimālajam." Fokusa centrālajā zonā tika izstarots apmēram trīs reizes vairāk rentgena staru nekā bez korekcijas optikas.

Korekcijas lēca zem elektronu mikroskopa DESY NanoLab

Darbojas arī ar citiem rentgenstaru avotiem

Lai pārbaudītu, vai šādi objektīvi darbojas arī ar citiem rentgenstaru avotiem, komanda pārbaudīja arī standarta mobilās optikas un individuāli izgatavotu brilles kombināciju ar DESY sinhronu rentgena avotu PETRA III un Lielbritānijas Diamond Light Source, Abos gadījumos korekcijas objektīvs nodrošināja līdzīgu uzlabojumu kā rentgena lāzers.

"Izmantojot mūsu metodi, principā katrai rentgena optikai var izgatavot individuālu korekcijas objektīvu, " skaidro pētījuma vadītājs Kristians Šroers no DESY. "Šīs tā saucamās fāzes plāksnes var gūt labumu ne tikai pašreizējiem rentgenstaru avotiem, bet jo īpaši būtiskam nākamās paaudzes rentgena lāzera un sinhronu gaismas avotu komponentam."

Pēc pētnieku domām, fokuss, ko varētu sasniegt ar šiem "brillēm", nākotnē varētu padarīt iespējamu pilnīgi jaunu izmeklēšanu, piemēram, gaismas daļiņu nelineāru izkliedi uz matēriju vai tuvu - teorētiski iespējamajām. Vielu daļiņu ģenerēšana divu gaismas daļiņu mijiedarbībā. "Lai izmantotu šīs metodes, rentgena starojums jāsagrupē iespējami mazākā telpā, un tāpēc būtiska ir efektīva fokusēšana, " saka Šroers. (Dabas sakari, 2017; doi: 10.1038 / ncomms14623)

(Vācijas elektronu sinhrotrons (DESY), 03.03.2017. - NPO)