Впервые была охарактеризована полная характеристика клиновидного МЛЛ на длине волны, которая, как было обнаружено, хорошо согласуется с расчетами. Повышенная эффективность за счет заклинивания была подтверждена вместе с измеренным фокусом 26 нм.
Проверка ожидаемого повышения эффективности за счет клиньев представляет собой доказательство принципа того, что клинья являются жизнеспособной технологией, тем самым представляя собой значительный шаг вперед к новым рубежам в области нанофокусировки рентгеновских лучей.
Возможность изучать материалы, окружающую среду и биологические системы на атомном уровне с высокой эффективностью является препятствием на пути к решению многих сегодняшних величайших научных проблем в области энергетики, здравоохранения, безопасности и окружающей среды. В настоящее время оптическая эффективность резко падает при исследованиях на площадях менее 10 нм.
Благодаря этой новой конструкции линз небольшие пятна размером менее 10 нм будут рутинными. В сочетании с уникальными свойствами жесткого рентгеновского излучения, а именно проникновением в сложные среды и работой в электрических и магнитных полях, такая оптика позволит получать изображения систем с самым высоким разрешением в условиях in-situ и in-operando, таких как работающие батареи и катализаторы. Он может позволить манипулировать внутренними механизмами материи, чтобы понять, спроектировать или устранить дефекты, улучшить производство и помочь разработать методы лечения болезней.Потребность в этой оптической технологии будет расти с появлением источников света следующего поколения, включая предлагаемый модернизированный усовершенствованный источник фотонов в Аргоннской национальной лаборатории. Новые источники синхротронного света с использованием технологии многогранного ахромата и рентгеновских лазеров на свободных электронах создают гораздо более яркое рентгеновское излучение с более высокими потоками.
Ожидается, что клиновые MLL позволят максимизировать эту технологию в атомном масштабе.
Рецепт конструкции и процесс создания этого нового поколения оптических линз описаны в апрельском номере журнала Optics Express в статье «Достижение жесткой нано-фокусировки рентгеновских лучей с помощью клиновидной многослойной линзы Лауэ."
"Это были совместные усилия двух U.S. Национальные лаборатории Министерства энергетики для создания этих линз », – сказал Сяоцзин Хуан, ведущий автор и физик из Национального источника синхротронного света II в Брукхейвенской национальной лаборатории.
В настоящее время используются два типа инструментов дифракционной рентгеновской оптики: традиционные зонные пластины Френеля, изготовленные с помощью процессов изготовления на основе литографии, и плоские зонные МЛЛ. Первоначальные испытания первой итерации новой конструкции линз с клиновидными MLL продемонстрировали трехкратное улучшение общей эффективности при низких энергиях по сравнению с зонными пластинами и пятикратное улучшение пиковой эффективности по сравнению с MLL с плоской зоной. Технология обещает работать еще лучше при высоких энергиях, где ожидается улучшение на порядок по сравнению с зонными пластинами, и будет включена фокусировка с высоким разрешением в областях, которые сейчас недоступны. Процесс итеративного проектирования MLLlens требует от трех до четырех дизайнов, прежде чем параметры будут оптимизированы, и линза, испытанная в этой работе, была только первой итерацией – доказательством концепции.
В течение года команда планирует завершить итеративный процесс изготовления и изготовить линзу с пространственным разрешением ниже 10 нм, что превышает возможности, достижимые даже с помощью MLL с плоской зоной.
«Ключевым моментом является огромный скачок эффективности на 25–30 процентов по сравнению с зонными пластинами при низких энергиях и потенциальная способность достичь 90-процентной эффективности при 80 кэВ по сравнению с максимально возможной сегодня эффективностью в несколько процентов с зонными пластинами, "сказал Рэй Конли, руководитель производства оптики в APS, который придумал новый дизайн восемь лет назад.
Линзы были изготовлены исследователями из APS и NSLS II из BNL и Центра функциональных наноматериалов в Брукхейвене.
Тестирование проводилось на каналах APS 1-BM-B и 34-ID-C в Аргонне с помощью исследователей из Лондонского центра нанотехнологий и Исследовательского комплекса Великобритании в Харвелле, Дидкот, Оксфордшир. Эффективность измерялась на канале 1-BM, а размер фокуса – на канале 34-ID-C. Исследование финансировалось U.S.
Министерство энергетики, Управление фундаментальных энергетических наук и Национальный научный фонд.