Ricercatori della Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), l'Istituto Paul Scherrer in Svizzera e altre istituzioni a Parigi, Amburgo e Basilea, sono riusciti a stabilire un nuovo record nella microscopia a raggi X. Con lenti diffrattive migliorate e un posizionamento del campione più preciso, sono stati in grado di ottenere una risoluzione spaziale su scala nanometrica a una cifra. Questa nuova dimensione nell'imaging diretto potrebbe fornire impulsi significativi per la ricerca sulle nanostrutture e far progredire ulteriormente lo sviluppo di celle solari e nuovi tipi di memorizzazione magnetica dei dati. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rinomata rivista ottica con il titolo "Microscopia a raggi X molli con risoluzione 7 nm".

Microscopia a raggi X molli, che utilizza raggi X a bassa energia viene utilizzato per studiare le proprietà dei materiali su scala nanometrica. Questa tecnologia può essere utilizzata per determinare la struttura dei film organici che svolgono un ruolo importante nello sviluppo di celle solari e batterie. Consente inoltre di osservare processi chimici o reazioni catalitiche delle particelle. Il metodo consente lo studio della cosiddetta dinamica di spin. Gli elettroni non solo possono trasportare carica elettrica, ma hanno anche un senso di rotazione interno, che potrebbero essere utilizzati per nuovi tipi di archiviazione magnetica dei dati.

Per migliorare la ricerca su questi processi in futuro, i ricercatori devono essere in grado di "ingrandire" la scala nanometrica a una cifra. Questo è teoricamente possibile con i raggi X molli, ma fino ad ora è stato possibile ottenere una risoluzione spaziale inferiore a 10 nanometri solo utilizzando metodi di imaging indiretto che richiedono una successiva ricostruzione. "Per processi dinamici come reazioni chimiche o interazioni di particelle magnetiche, dobbiamo poter visionare direttamente le strutture, " spiega il Prof. Dr. Rainer Fink della Cattedra di Chimica Fisica II alla FAU. "La microscopia a raggi X è particolarmente adatta a questo in quanto può essere utilizzata in modo più flessibile in ambienti magnetici rispetto alla microscopia elettronica, Per esempio."

Messa a fuoco e calibrazione migliorate

Lavorando con l'Istituto Paul Scherrer e altre istituzioni a Parigi, Amburgo, e Basilea, i ricercatori hanno ora battuto un nuovo record nella microscopia a raggi X poiché sono riusciti a raggiungere una risoluzione record di 7 nanometri in diversi esperimenti. Questo successo non si basa principalmente su sorgenti di raggi X più potenti, ma sul miglioramento della messa a fuoco dei raggi mediante lenti diffrattive e calibrazione più precisa dei campioni di prova. "Abbiamo ottimizzato le dimensioni della struttura delle lastre di zona di Fresnel che vengono utilizzate per mettere a fuoco i raggi X, " spiega Rainer Fink. "Inoltre, siamo stati in grado di posizionare i campioni nel dispositivo con una precisione molto più elevata e riprodurre questa precisione." È proprio questo posizionamento limitato e la stabilità del sistema nel suo insieme che hanno impedito fino ad ora miglioramenti nella risoluzione nell'imaging diretto.

Sorprendentemente, questa risoluzione record non è stata ottenuta solo con strutture di prova appositamente progettate, ma anche nelle applicazioni pratiche. Per esempio, i ricercatori hanno studiato l'orientamento del campo magnetico delle particelle di ferro che misurano da 5 a 20 nanometri con la loro nuova ottica. Il prof. Fink spiega:"Riteniamo che i nostri risultati stimoleranno la ricerca sui materiali energetici e in particolare sul nanomagnetismo. Le dimensioni delle strutture rilevanti in questi campi sono spesso al di sotto degli attuali limiti di risoluzione".