Fig. 1 Schema del nuovo metodo, basato su macchie di dispersione coerente. Credito:Università di Osaka
Immagina di filmare i processi chimici più veloci, o l'imaging di dettagli su scala atomica di singole particelle di virus senza danneggiarle. I ricercatori dal Giappone hanno avanzato lo stato dell'arte in tali sforzi, migliorando l'utilità di uno speciale laser a raggi X per misurazioni su scala nanometrica.
In uno studio recentemente pubblicato su Journal of Synchrotron Radiation , ricercatori dell'Università di Osaka, in collaborazione con RIKEN e Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), hanno ridotto il diametro del raggio in un laser a elettroni liberi a raggi X a 6 nanometri di larghezza. Ciò migliora notevolmente l'utilità di questi laser per l'imaging di strutture più vicine al livello atomico di quanto possibile nel lavoro precedente.
Per "vedere" oggetti estremamente piccoli e altrimenti invisibili, e osservare processi chimici ultraveloci, i ricercatori usano comunemente strutture a raggi X di sincrotrone. I laser a raggi X a elettroni liberi sono un'alternativa che può, in linea di principio, visualizzare dettagli su scala atomica di, Per esempio, una particella virale, sulla scala temporale di una transizione elettronica, senza danneggiare la particella. Per fare questo, hai bisogno di un laser a raggi X incredibilmente luminoso che focalizzi impulsi laser estremamente veloci su scala nanometrica.
"Utilizzando specchi di messa a fuoco multistrato, abbiamo ridotto la larghezza del nostro raggio laser a un diametro di 6 nanometri, " dice l'autore principale dello studio Takato Inoue. "Questo non è proprio il diametro di un tipico atomo, ma stiamo facendo buoni progressi".
Fig. 2 Relazione tra le forme speckle e le forme del fascio distorte dai disallineamenti degli specchi. Al centro:barra della scala, 50 nm. In basso:barra della scala, 0,5nm-1. Ristampato con modifiche dalla carta originale corrispondente. Credito:Università di Osaka
Fig. 3 Confronto dei modelli speckle (sinistra, barra di scala =0,06 nm−1), e un confronto della forma della macchiolina calcolata (a destra), prima e dopo l'allineamento preciso dello specchio. Ristampato con modifiche dalla carta originale corrispondente. Credito:Università di Osaka
Fino ad ora, è stato difficile focalizzare i laser a elettroni liberi a raggi X su diametri così piccoli. Ciò è dovuto alle difficoltà nella fabbricazione degli specchi richiesti, e confermando la dimensione focalizzata dei laser. Il team di ricercatori ha affrontato il problema della messa a fuoco analizzando la forma dei modelli di interferenza del laser, noti come profili speckle.
"Abbiamo generato profili speckle mediante diffusione coerente di raggi X di nanoparticelle metalliche distribuite casualmente, " spiega Satoshi Matsuyama, autore anziano. "Ciò ha consentito misurazioni sperimentali del profilo del raggio laser, che erano in buon accordo con i calcoli teorici."
Poiché il diametro del raggio laser può essere misurato in modo così preciso, ulteriori progressi sono ora possibili. Per esempio, utilizzando atomi per l'analisi di scattering, Le misurazioni laser a raggi X a elettroni liberi possono essere migliorate fino a una messa a fuoco di 1 nanometro.
I ricercatori prevedono che i laser ad altissima intensità, oltre un milione di trilioni di volte più luminoso del Sole, sarà ora utile per l'imaging di processi molecolari ultraveloci, con dettagli su scala atomica, che vanno oltre le capacità dei sincrotroni più avanzati. Con tale tecnologia, molecole proteiche e altre piccole entità biologiche importanti possono essere visualizzate senza danneggiarle con la strategia della "diffrazione prima della distruzione, " utilizzando un singolo impulso laser.
