Nieuwe röntgenlens – X-ray chromatische lens maakt het gemakkelijker om in de nanowereld te kijken

Meer focus op hoogenergetische straling: voor het eerst hebben onderzoekers een lens ontwikkeld die ook röntgenlicht op verschillende golflengten kan focussen. Dit wordt mogelijk gemaakt door twee microstructuren te combineren, die de kortgolvige straling eerst opbreken en vervolgens weer focusseren. Zo zou een chromatische lens röntgenanalyses gemakkelijker en minder afhankelijk kunnen maken van synchrotronsystemen.

Achromatische lenzen zijn altijd standaard geweest in optica en fotografie. Het verzamelt zelf licht van verschillende golflengten en maakt zo scherpe beelden mogelijk. Deze lenzen bestaan ​​meestal uit twee materialen, waarvan de eerste een lichtstraal splitst in zijn spectrale kleuren. Het tweede materiaal verzamelt alle componenten van het pakket in een klein gemeenschappelijk punt.

Hoe focus je röntgenlicht?

Deze achromatische lenzen werken echter niet met röntgenstralen – ze focussen de röntgenstralen enigszins anders, afhankelijk van de golflengte. Christian David, senior auteur van het Paul Scherer Institute (PSI) in Villigen, Zwitserland, legt uit.

Als gevolg hiervan waren röntgenanalyses met hoge resolutie voorheen alleen mogelijk met behulp van “monochromatisch” röntgenlicht. Alle afwijkende golflengten worden uit de röntgenbundel gefilterd totdat ze grotendeels homogeen zijn. Het probleem is echter dat omdat hierdoor veel intensiteit verloren gaat, dit alleen werkt met krachtige röntgenbronnen zoals synchrotrons – die duur, omvangrijk en vaak volledig beperkt zijn.

Fresnel-lens en microturret

De eerste fotochrome röntgenlens biedt nu behandeling. In tegenstelling tot conventionele lenzen, zijn ze niet gebaseerd op twee materialen met verschillende brekingsindices, maar gebruiken ze speciaal gecreëerde microstructuren. De zogenaamde Fresnel-zoneplaat (FZP), een brekingspatroon gemaakt van nikkel in een siliciumnitridefilm gemaakt door nanolithografie, is verantwoordelijk voor de focus. Deze Fresnel-lenzen worden al lang gebruikt voor röntgenstralen.

READ  App crasht op Android: Google heeft nu interactie - Panorama
Apparaatstructuur, Fresnel-zoneplaat (B) en brekingsstructuur (C) © Kubec et al / Natuurcommunicatie, CC door 4.0

Het tweede deel van de achromatische lens is echter nieuw en ongebruikelijk: het bestaat uit een langwerpig onderdeel, een paar honderd micrometer hoog, waarvan de vorm en structuur meer lijkt op een kleine toren of raket dan op een lens. Het gebouw heeft een parabolische structuur van vier verdiepingen, omringd door kruisende microbiële kolommen. Deze combinatie van structuren zorgt ervoor dat de röntgenstralen worden gebroken en verstrooid volgens hun golflengte.

Scherp beeld, zelfs bij onregelmatige golflengten

De combinatie van deze twee microstructuren werkt als een röntgenchromatische lens en maakt het nu voor het eerst mogelijk om scherpe beelden te produceren, zelfs met “vuile” röntgenstralen van verschillende golflengten. Eerste tests in de synchrotron voor röntgenstraling bij PSI lieten zien hoe goed dit werkt. Om dit te doen, plaatste het team onder leiding van David en eerste auteur Adam Kubik een “testbeeld” van enkele micrometers groot in de straal die focust op de twee delen van de lens.

Het resultaat: “Terwijl onze achromatische lenzen een hoge ruimtelijke resolutie en een sterk contrast over een breed energiespectrum bieden, worden beelden met alleen de Fresnel-oppervlakteplaat erg wazig, zelfs met kleine afwijkingen van 200 eV van de doelenergie van 6,2 keV”, aldus de teamrapporten. Zo bewees de nieuwe achromatische lens dat hij nog steeds scherp kan scherpstellen, zelfs bij inconsistente golflengten, zonder dat hij opnieuw moet worden afgesteld.

Nieuwe mogelijkheden voor röntgenanalyse

Volgens Kubik en collega’s opent de nieuwe achromatische lens in de toekomst nieuwe mogelijkheden voor röntgenanalyses met hoge resolutie, zelfs ver van grootschalige synchrotron-onderzoeksfaciliteiten. “Onze colorimetrische röntgenlens maakt röntgenmicroscopie mogelijk die industriële bedrijven op hun eigen terrein kunnen uitvoeren”, zegt Kubik.

READ  Voorouders Legacy - "Free Peasant Edition" is nu beschikbaar op Steam

U kunt onder meer profiteren van dit industrieel onderzoek, microchip- en batterijontwikkeling en materiaalonderzoek. (Natuurcommunicatie, 2022; doi: 10.1038/s41467-022-28902-8)

Bron: Paul Scherer Instituut (PSI)

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *