Un team di ricercatori giapponesi ha sviluppato uno specchio a raggi X in grado di deformarsi in modo flessibile, fornendo una notevole precisione a livello atomico e una maggiore stabilità. Questa nuova tecnologia, sviluppata da Satoshi Matsuyama e Takato Inoue della 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.
Il microscopio a raggi X: uno strumento di imaging avanzato
Un microscopio a raggi X è uno strumento di imaging avanzato che colma il divario tra la microscopia elettronica e la microscopia ottica. Utilizza i raggi X, che forniscono una risoluzione migliore rispetto alla luce e possono penetrare campioni troppo spessi per gli elettroni. Ciò consente di acquisire l’immagine di strutture difficili da vedere con altre tecniche di microscopia.
I microscopi a raggi X sono particolarmente preziosi in campi come la scienza dei materiali e la biologia perché possono osservare la composizione, lo stato chimico e la struttura interna di un campione. La loro alta risoluzione li rende indispensabili per ispezioni avanzate, come quelle di catalizzatori e batterie.
Gli specchi svolgono un ruolo fondamentale nei microscopi a raggi X. Riflettono i raggi X, consentendo l’imaging ad alta risoluzione di strutture complesse. Sono necessarie immagini di alta qualità e misurazioni precise, soprattutto in campi scientifici all’avanguardia.
La breve lunghezza d’onda dei raggi X, tuttavia, li rende vulnerabili alle distorsioni causate da piccoli difetti di fabbricazione e 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 che potesse deformarsi, adattando la sua forma in base al fronte d’onda dei raggi X rilevato.
Ottimizzazione dello specchio utilizzando materiali piezoelettrici
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 nel fronte d’onda rilevato.
Dopo aver considerato vari composti, i ricercatori hanno scelto un singolo cristallo di niobato di litio come specchio deformabile. 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 ottenere una superficie altamente riflettente. Ciò gli consente di fungere sia da attuatore che da superficie riflettente, semplificando così il dispositivo.
“ Gli specchi deformabili convenzionali per raggi X sono realizzati incollando un substrato di vetro e una piastra PZT. Tuttavia, unire insieme materiali diversi non è l’ideale e provoca instabilità “, ha detto Matsuyama.
“ Per superare questo problema, abbiamo utilizzato un materiale piezoelettrico monocristallino, che fornisce una stabilità eccezionale perché è costituito da un materiale uniforme senza legami. Grazie a questa semplice struttura, lo specchio può essere deformato liberamente con precisione atomica. Inoltre, questa precisione è stata mantenuta per sette ore, confermando la sua stabilità estremamente elevata. »
Risultati promettenti per il futuro
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 dell’ideale convenzionale.
“ Questo risultato promuoverà lo sviluppo di microscopi a raggi X ad alta risoluzione, che erano limitati dalla precisione del processo di produzione “disse Matsuyama. “ Questi specchi possono essere applicati ad altri dispositivi a raggi X, come dispositivi di litografia, telescopi, scanner TC nella diagnosi medica e nella formazione di nanofasci di raggi X. »
Lo studio, intitolato “ Specchio monolitico deformabile a base di cristallo singolo di niobato di litio per microscopia adattiva a raggi X ad alta risoluzione », è stato pubblicato su Optica il 30 aprile 2024, sotto DOI: 10.1364/OPTICA.516909.
Didascalia illustrazione: Un nuovo tipo di specchio deformabile per un microscopio a raggi X, che consente di ottenere un’elevata risoluzione dell’immagine grazie alla correzione del fronte d’onda. (credito: laboratorio Matsuyama, Università di Nagoya)
