Un team di ricercatori in Giappone ha progettato uno specchio per raggi X che può essere modellato in modo flessibile, garantendo una notevole precisione a livello atomico e una maggiore stabilità.
La nuova tecnologia sviluppata da Satoshi Matsuyama e Takato Inoue presso la Graduate School of Engineering dell'Università di Nagoya, in collaborazione con RIKEN e JTEC Corporation, migliora le prestazioni dei microscopi a raggi X e di altre tecnologie che utilizzano specchi a raggi X. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Optica .
Un microscopio a raggi X è uno strumento di imaging avanzato che colma il divario tra la microscopia elettronica e quella ottica. Utilizza i raggi X, che possono fornire una risoluzione migliore rispetto alla luce e penetrare campioni troppo spessi perché gli elettroni possano penetrarvi. Ciò consente l'imaging di strutture difficili da vedere con altre tecniche di microscopia.
I microscopi a raggi X hanno un'alta risoluzione, il che li rende particolarmente preziosi in campi come la scienza dei materiali e la biologia perché possono osservare la composizione, lo stato chimico e la struttura all'interno di un campione.
Gli specchi svolgono un ruolo vitale nei microscopi a raggi X. Riflettono i raggi X, consentendo l'imaging ad alta risoluzione di strutture complesse. Immagini di alta qualità e misurazioni accurate sono una necessità, in particolare in campi scientifici all'avanguardia come le ispezioni di catalizzatori e batterie.
Tuttavia, la piccola lunghezza d’onda dei raggi X li rende vulnerabili alla distorsione dovuta a piccoli difetti di fabbricazione e alle influenze ambientali. Ciò crea aberrazioni del fronte d'onda che possono limitare la risoluzione dell'immagine. Matsuyama e i suoi collaboratori hanno risolto questo problema creando uno specchio in grado di deformarsi, adattando la sua forma in base al fronte d'onda dei raggi X rilevato.
Per ottimizzare il loro specchio, i ricercatori hanno esaminato materiali piezoelettrici. Questi materiali sono utili perché possono deformarsi o cambiare forma quando viene applicato un campo elettrico. Ciò consente al materiale di rimodellarsi per rispondere anche alle minori aberrazioni nell'onda rilevata.
Dopo aver considerato vari composti, i ricercatori hanno scelto un singolo cristallo di niobato di litio come specchio modificabile. Il niobato di litio monocristallino è utile nella tecnologia a raggi X perché può essere espanso e contratto da un campo elettrico e lucidato per creare una superficie altamente riflettente. Ciò gli consente di fungere sia da attuatore che da superficie riflettente, semplificando il dispositivo.
"Gli specchi deformabili a raggi X convenzionali sono realizzati incollando un substrato di vetro e una piastra PZT. Tuttavia, l'unione di materiali diversi non è l'ideale e provoca instabilità", ha affermato Matsuyama.
"Per superare questo problema, abbiamo utilizzato un materiale piezoelettrico monocristallino, che offre una stabilità eccezionale perché è costituito da un materiale uniforme senza legami. Grazie a questa struttura semplice, lo specchio può essere deformato liberamente con precisione atomica. Inoltre, questa precisione è stata mantenuta per sette ore, confermando la sua altissima stabilità."
Quando hanno testato il loro nuovo dispositivo, il team di Matsuyama ha scoperto che il microscopio a raggi X superava le aspettative. La sua alta risoluzione lo rende particolarmente adatto per l'osservazione di oggetti microscopici, come i componenti di dispositivi a semiconduttore.
Rispetto alla risoluzione spaziale della microscopia a raggi X convenzionale (tipicamente 100 nm), la loro tecnica ha il potenziale per sviluppare un microscopio che fornisce una risoluzione circa 10 volte migliore (10 nm) perché la correzione dell’aberrazione lo avvicina alla risoluzione ideale.
"Questo risultato promuoverà lo sviluppo di microscopi a raggi X ad alta risoluzione, che erano stati limitati dalla precisione del processo di fabbricazione", ha affermato Matsuyama.
"Questi specchi possono essere applicati ad altri apparecchi a raggi X, come dispositivi di litografia, telescopi, TC nella diagnostica medica e formazione di nanofasci di raggi X."
Ulteriori informazioni: Takato Inoue et al, Specchio monolitico deformabile basato su cristallo singolo di niobato di litio per microscopia adattiva a raggi X ad alta risoluzione, Optica (2024). DOI:10.1364/OTTICA.516909
Informazioni sul giornale: Ottica
Fornito dall'Università di Nagoya
