I microscopi a raggi X sono comunemente usati in combinazione con tecniche di imaging a campo intero in applicazioni di spettromicroscopia, dove consentono di analizzare e visualizzare contemporaneamente le strutture chimiche dei materiali. Però, le prestazioni di questi microscopi sono spesso condizionate da problemi di aberrazioni cromatiche - effetti ottici che limitano la risoluzione o il grado di finezza a cui è possibile acquisire immagini delle strutture materiali - e le precedenti soluzioni al problema si sono spesso rivelate difficili da realizzare e implementare. Un team collaborativo guidato da ricercatori dell'Università di Osaka ha quindi sviluppato un sistema ottico da utilizzare nei microscopi a raggi X a pieno campo che offre un modo più pratico per superare il problema dell'aberrazione cromatica.

"Abbiamo sviluppato un sistema ottico di imaging basato sull'uso di due specchi di imaging monolitici, " afferma l'assistente professore Satoshi Matsuyama della Graduate School of Engineering dell'Università di Osaka. "Questi specchi hanno forme ellittiche e iperboliche su un singolo substrato, e il fissaggio del posizionamento relativo tra l'ellisse e l'iperbole può fornire un'elevata qualità dell'immagine con una stabilità duratura." La fabbricazione di questo complesso sistema di specchi significava che i processi di produzione esistenti dovevano essere modificati, ma le strutture a specchio proposte sono state prodotte con le forme richieste con una precisione di circa 1 nm.

Dopo che la struttura dello specchio è stata assemblata utilizzando un sistema di allineamento appositamente sviluppato, è stato implementato in un sistema di microscopio a raggi X a campo intero per i test delle prestazioni presso l'impianto di radiazione di sincrotrone SPring-8. "Il microscopio è stato testato per la sua risoluzione spaziale, la presenza di aberrazioni cromatiche, e stabilità a lungo termine utilizzando un modello di prova fine chiamato stella Siemens e un'energia fotonica di circa 10 keV, " spiega il professor Kazuto Yamauchi del Center for Ultra-Precision Science and Technology dell'Università di Osaka. "Siamo stati in grado di risolvere chiaramente le caratteristiche di 50 nm con un'elevata stabilità per un periodo di 20 ore senza alcuna aberrazione cromatica".

Il sistema sviluppato è stato poi applicato in esperimenti di spettromicroscopia a struttura fine di assorbimento di raggi X, e ha identificato con successo sia gli elementi che gli stati chimici in campioni di dimensioni micron di zinco e tungsteno. Mentre il sistema sarà oggetto di ulteriori ricerche per migliorare le sue prestazioni verso il limite teorico, mostra già una notevole promessa per l'uso in una vasta gamma di applicazioni, compreso l'imaging ultrarapido con raggi X ad alta intensità e l'imaging a fluorescenza a raggi X a pieno campo ad alta risoluzione. Questa struttura a specchio può trovare impiego anche in altri sistemi, con potenziali applicazioni che includono ottiche di messa a fuoco e imaging per raggi X di radiazione di sincrotrone e laser a elettroni privi di raggi X.