用于X射線的消色差透鏡問(wèn)世

來(lái)源：蘇州圣全科技有限公司 2022年10月09日 17:06

瑞士保羅謝勒研究所(PSI)的科學(xué)家研發(fā)了一種可用于X射線的消色差透鏡。即使X射線束具有不同的波長(zhǎng)，該透鏡也能準(zhǔn)確地將其聚焦在一個(gè)點(diǎn)上。有了消色差透鏡，研究人員可以更方便地利用X射線研究納米結(jié)構(gòu)，有力的推動(dòng)了材料、芯片和電池等領(lǐng)域的研發(fā)。

要想在攝影和光學(xué)顯微鏡中產(chǎn)生清晰的圖像，消色差透鏡。它們可以確保不同顏色，即不同波長(zhǎng)的光，能夠清晰聚焦，從而消除模糊現(xiàn)象。

直到現(xiàn)在才開發(fā)出一種用于X射線的消色差透鏡，這一事實(shí)乍一看可能令人驚訝，畢竟可見光消色差透鏡已經(jīng)存在了200多年。它們通常由兩種不同的材料組成。光線穿透第一種材料，分裂成光譜顏色，就像穿過(guò)傳統(tǒng)的玻璃棱鏡一樣。然后，它通過(guò)第二種材料來(lái)逆轉(zhuǎn)這種效果。在物理學(xué)中，分離不同波長(zhǎng)的過(guò)程稱為“色散”。

然而，PSI X射線納米科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室X射線光學(xué)與應(yīng)用研究組負(fù)責(zé)人、物理學(xué)家克里斯蒂安·大衛(wèi)解釋說(shuō)：“這種適用于可見光范圍的基本原理并不適用于X射線范圍。”對(duì)于X射線來(lái)說(shuō)，沒(méi)有哪兩種材料的光學(xué)性質(zhì)在很大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)有足夠的差異，從而使一種材料可以抵消另一種材料的影響。換句話說(shuō)，X射線范圍內(nèi)材料的色散太相似了。

此次，科學(xué)家沒(méi)有在兩種材料的組合中尋找答案，而是將兩種不同的光學(xué)原理聯(lián)系在一起。這項(xiàng)新研究的主要作者亞當(dāng)·庫(kù)貝克說(shuō)：“訣竅是意識(shí)到我們可以在衍射鏡前面放置第二個(gè)折射鏡?！?/span>

PSI用已有的納米光刻技術(shù)來(lái)制造衍射鏡，并用微米級(jí)的3D打印制造出折射結(jié)構(gòu)，成功開發(fā)出用于X射線的消色差透鏡，解決了上述問(wèn)題。

X射線消色差儀的概念和試驗(yàn)裝置

為了表征他們的消色差X射線透鏡，科學(xué)家們?cè)谌鹗客捷椛涔庠词褂昧艘粭lX射線光束線，還使用光刻技術(shù)來(lái)描述X射線光束，從而描述消色差透鏡。這使得科學(xué)家們能夠精確地探測(cè)到不同波長(zhǎng)的X射線焦點(diǎn)的位置。

他們還使用一種方法對(duì)新透鏡進(jìn)行了測(cè)試，這種方法將樣品以小光柵步移過(guò)X射線束的焦點(diǎn)。當(dāng)X射線束的波長(zhǎng)改變時(shí)，用傳統(tǒng)X射線透鏡產(chǎn)生的圖像變得非常模糊。然而，當(dāng)使用新的消色差透鏡時(shí)，這種情況就不會(huì)發(fā)生。

使用消色差儀演示不同能量的STXM成像

X射線束輪廓的演變，其能量用X射線照相術(shù)測(cè)量

消色差透鏡和單個(gè)FZP（能量范圍從5.6keV到6.8keV）多色X射線聚焦模擬

該研究成果已發(fā)表在近期的《自然·通訊》上。

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