Una visita all'optometrista comporta spesso la tomografia a coerenza ottica. Questo processo di imaging utilizza la radiazione infrarossa per penetrare negli strati della retina ed esaminarla più da vicino in tre dimensioni senza dover toccare l'occhio. Ciò consente agli oculisti di diagnosticare malattie come il glaucoma senza alcun intervento fisico. Però, questo metodo avrebbe un potenziale scientifico ancora maggiore se fosse utilizzata una lunghezza d'onda di radiazione più corta, permettendo così una maggiore risoluzione dell'immagine. I fisici dell'Università Friedrich Schiller di Jena (Germania) hanno ora raggiunto proprio questo e hanno riportato i risultati della loro ricerca nell'ultimo numero della rivista specializzata ottica .

Prima tomografia a coerenza XUV su scala di laboratorio

Per la prima volta, i fisici universitari hanno utilizzato la radiazione ultravioletta estrema (XUV) per questo processo, che è stato generato nel proprio laboratorio, e sono stati così in grado di eseguire la prima tomografia a coerenza XUV su scala di laboratorio. Questa radiazione ha una lunghezza d'onda compresa tra 20 e 40 nanometri, da cui quindi è solo un piccolo passo alla gamma dei raggi X. "Apparecchiature di grandi dimensioni, vale a dire acceleratori di particelle come il tedesco Elektronen-Synchotron ad Amburgo, sono solitamente necessari per generare radiazioni XUV, " afferma Silvio Fuchs dell'Istituto di ottica ed elettronica quantistica dell'Università di Jena. "Questo rende un metodo di ricerca di questo tipo molto complesso e costoso, e disponibile solo per pochi ricercatori."

I fisici di Jena hanno già dimostrato questo metodo in grandi strutture di ricerca, ma ora l'hanno applicato su scala più piccola. In questo approccio, si concentrano su un ultracorto, laser infrarosso molto intenso in un gas nobile, per esempio argon o neon. "Gli elettroni nel gas vengono accelerati mediante un processo di ionizzazione, " spiega Fuchs. "Poi emettono la radiazione XUV." È vero che questo metodo è inefficiente, poiché solo una milionesima parte della radiazione laser viene effettivamente trasformata dall'infrarosso alla gamma estrema dell'ultravioletto, ma questa perdita può essere compensata dall'uso di sorgenti laser molto potenti. "È un semplice calcolo:più ci mettiamo, più ne usciamo, "aggiunge Fuchs.

Vengono prodotti forti contrasti di immagine

Il vantaggio della tomografia a coerenza XUV è che, oltre all'altissima risoluzione, la radiazione interagisce fortemente con il campione, perché sostanze diverse reagiscono in modo diverso alla luce. Alcuni assorbono più luce e altri meno. Questo produce forti contrasti nelle immagini, che forniscono ai ricercatori importanti informazioni, ad esempio per quanto riguarda la composizione materiale dell'oggetto in esame.

"Per esempio, abbiamo creato immagini tridimensionali di chip di silicio in modo non distruttivo su cui possiamo distinguere chiaramente il substrato da strutture costituite da altri materiali, " dice Silvio Fuchs. "Se questa procedura fosse applicata in biologia, per studiare le cellule, Per esempio, che è uno dei nostri obiettivi:non sarebbe necessario colorare i campioni, come è prassi normale in altri metodi di microscopia ad alta risoluzione. Elementi come il carbonio, ossigeno e azoto fornirebbero essi stessi il contrasto."

Prima che sia possibile, però, i fisici dell'Università di Jena hanno ancora del lavoro da fare. "Con le sorgenti luminose di cui disponiamo in questo momento, possiamo ottenere una risoluzione di profondità fino a 24 nanometri. Sebbene questo sia sufficiente per produrre immagini di piccole strutture, per esempio nei semiconduttori, le dimensioni della struttura dei chip attuali sono in alcuni casi già inferiori. Però, con nuovo, laser ancora più potenti, dovrebbe essere possibile in futuro ottenere una risoluzione di profondità di appena tre nanometri con questo metodo, " osserva Fuchs. "Abbiamo dimostrato in linea di principio che è possibile utilizzare questo metodo su scala di laboratorio".

L'obiettivo a lungo termine è sviluppare un dispositivo conveniente e di facile utilizzo che combini il laser con il microscopio, che consentirebbe all'industria dei semiconduttori o ai laboratori biologici di utilizzare con facilità questa tecnica di imaging.