Canalizzando l'intensità dei raggi X, Le sorgenti di luce di sincrotrone possono rivelare le strutture atomiche di innumerevoli materiali. Ricercatori di tutto il mondo si rivolgono alla National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), una struttura per gli utenti dell'Office of Science del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti (DOE) presso il Brookhaven National Laboratory del DOE, per studiare qualsiasi cosa, dalle proteine ​​alle celle a combustibile. I raggi X ultra luminosi di NSLS-II e la suite di strumenti di caratterizzazione all'avanguardia rendono la struttura una delle sorgenti di luce di sincrotrone più avanzate al mondo. Ora, NSLS-II ha ulteriormente migliorato queste capacità.

Scienziati della linea di luce Hard X-ray Nanoprobe (HXN) di NSLS-II, una stazione sperimentale progettata per offrire una risoluzione leader mondiale per l'imaging a raggi X, hanno dimostrato la capacità della linea di luce di osservare materiali fino a 10 nanometri, circa un decimillesimo del diametro di un capello umano. Questa risoluzione spaziale eccezionalmente elevata consentirà agli scienziati di "vedere" singole molecole. Inoltre, HXN può ora combinare la sua elevata risoluzione spaziale con la scansione multimodale, la capacità di acquisire simultaneamente più immagini di diverse proprietà del materiale. Il risultato è descritto nel numero del 19 marzo di Nano Futures.

"Ci sono voluti molti anni di duro lavoro e collaborazione per sviluppare una linea di luce per microscopia a raggi X con una risoluzione spaziale così elevata, " ha detto Hanfei Yan, l'autore principale dell'articolo e uno scienziato di HXN. "Per realizzare questo ambizioso obiettivo, dovevamo affrontare molte sfide tecniche, come la riduzione delle vibrazioni ambientali, sviluppare metodi di caratterizzazione efficaci, e perfezionando l'ottica."

Un componente chiave per il successo di questo progetto è stato lo sviluppo di una speciale ottica di messa a fuoco chiamata lente di Laue multistrato (MLL), un cristallo artificiale unidimensionale progettato per piegare i raggi X verso un singolo punto.

"Lo sviluppo preciso dell'ottica MLL per soddisfare i requisiti delle applicazioni scientifiche reali ha richiesto quasi 10 anni, "ha detto Nathalie Bouet, che guida il laboratorio presso NSLS-II dove sono stati fabbricati gli MLL. "Ora, siamo orgogliosi di fornire questi obiettivi per la scienza degli utenti."

La combinazione di immagini multimodali e ad alta risoluzione è unica, e rende NSLS-II la prima struttura a offrire questa capacità nella gamma di energia dei raggi X duri agli scienziati in visita. Il risultato presenterà una vasta gamma di applicazioni. Nel loro recente articolo, gli scienziati dell'NSLS-II hanno lavorato con l'Università del Connecticut e la Clemson University per studiare una membrana a base di ceramica per l'applicazione della conversione dell'energia. Utilizzando le nuove funzionalità di HXN, il gruppo è stato in grado di immaginare una fase materiale emergente che determina le prestazioni della membrana.

"Stiamo anche collaborando con ricercatori dell'industria e del mondo accademico per studiare la deformazione nella nanoelettronica, difetti locali in superreticoli 3D autoassemblati, e le variazioni di composizione chimica dei nanocatalizzatori, " Yan ha detto. "Il risultato apre interessanti opportunità in molte aree della scienza".

Man mano che le nuove capacità vengono utilizzate, c'è uno sforzo continuo in HXN per continuare a migliorare la risoluzione spaziale della linea di luce e aggiungere nuove funzionalità.

"Il nostro obiettivo finale è ottenere una risoluzione a una cifra in 3-D per l'imaging dell'elementare, chimico, e composizione strutturale dei materiali in tempo reale, " ha detto Yan.