Микроскоп управляет новой нанофокусирующей оптикой, называемой многослойными линзами Лауэ (MLL) – невероятно точными линзами, выращиваемыми по одному атомному слою за раз, которые производят крошечный рентгеновский луч, который в настоящее время составляет около 10 нанометров. Сфокусировать рентгеновский луч на этом уровне означает иметь возможность видеть структуры в этом масштабе длины, независимо от того, являются ли они белками в биологическом образце или внутренними механизмами катализатора топливного элемента.
Команда ученых, создавших этот микроскоп, не останавливается на достигнутом; они работают над тем, чтобы в будущем сделать пятно сфокусированного рентгеновского луча еще меньше.
Разработанный ими микроскоп создает рентгеновские изображения путем сканирования образца и сбора различных рентгеновских сигналов, исходящих от образца. Анализ этих сигналов помогает исследователям понять важную информацию об исследуемых материалах: плотность, элементный состав, химическое состояние и кристаллическую структуру образца.
Получение четкого изображения в этом масштабе требует чрезвычайно высокой стабильности микроскопа, чтобы минимизировать вибрации и уменьшить возможные тепловые дрейфы, изменения в микроскопе из-за нагрева. Для этого требуется более двадцати пьезодвигателей – очень тонких двигателей, которые создают движение, когда электрический ток подается в пьезокристаллы, – контролируемых с точностью до нанометра, втиснутых в узкое пространство размером с кофеварку, чтобы соответствовать его функциональным возможностям.
"Этот прибор включает в себя самые последние разработки в области интерферометрического зондирования, движения в наномасштабе и управления положением. Регистрируемый дрейф в два нанометра в час является беспрецедентным и устанавливает новый стандарт для систем рентгеновской микроскопии », – сказал Евгений Назарецкий, физик из NSLS-II, который возглавлял разработку микроскопа.
После сборки модуль MLL, ключевой компонент рентгеновского микроскопа HXN, был протестирован на Diamond Light Source Beamline I-13L для обширных измерений характеристик рентгеновского излучения. Эти измерения подтвердили стабильность и надежность новой системы MLL. Результаты публикуются в мартовском номере журнала Synchrotron Radiation.
Ханфей Ян, соавтор статьи, добавил: «Мы благодарны нашим сотрудникам из Аргоннской национальной лаборатории, которые поделились своим техническим опытом с самого начала этого проекта, а также сотрудникам из Diamond Light Source, которые искренне поддержали x- лучевые эксперименты."
«Этот инструмент является важным звеном, соединяющим яркие рентгеновские лучи NSLS-II с беспрецедентными возможностями наноразмерной рентгеновской визуализации, которые, как мы полагаем, приведут ко многим революционным научным открытиям», – подчеркнул Юн Чу, руководитель группы Hard X-ray Nanoprobe.
Луч на NSLS-II. Линия пучка HXN и рентгеновский микроскоп HXN в настоящее время вводятся в эксплуатацию и будут доступны для пользовательских экспериментов в конце этого года.
Эта работа опубликована в Журнале синхротронного излучения.