Мягкая рентгеновская микроскопия, в которой используются низкоэнергетические рентгеновские лучи, используется для исследования свойств материалов в наномасштабе. Эта технология может быть использована для определения структуры органических пленок, которые играют важную роль в разработке солнечных элементов и батарей.
Он также позволяет наблюдать химические процессы или каталитические реакции частиц. Метод позволяет исследовать так называемую спиновую динамику.
Электроны могут не только переносить электрический заряд, но и иметь внутреннее направление вращения, которое может быть использовано для новых типов магнитных хранилищ данных.
Чтобы улучшить исследования этих процессов в будущем, исследователи должны иметь возможность «приближаться» к однозначной нанометровой шкале.
Теоретически это возможно с мягким рентгеновским излучением, но до сих пор можно было достичь пространственного разрешения менее 10 нанометров с использованием методов косвенной визуализации, требующих последующей реконструкции. «Для динамических процессов, таких как химические реакции или взаимодействие магнитных частиц, мы должны иметь возможность непосредственно просматривать структуры», – объясняет проф. Доктор. Райнер Финк с кафедры физической химии II ФАУ. «Рентгеновская микроскопия особенно подходит для этого, поскольку ее можно более гибко использовать в магнитных средах, чем, например, электронная микроскопия.’
Улучшенная фокусировка и калибровка
Работая с Институтом Пауля Шеррера и другими учреждениями в Париже, Гамбурге и Базеле, исследователи установили новый рекорд в рентгеновской микроскопии, поскольку им удалось достичь рекордного разрешения 7 нанометров в нескольких различных экспериментах. Этот успех основан не на более мощных источниках рентгеновского излучения, а на улучшении фокусировки лучей с помощью дифракционных линз и более точной калибровке тестовых образцов. «Мы оптимизировали размер структуры зонных пластинок Френеля, которые используются для фокусировки рентгеновских лучей», – поясняет Райнер Финк. «Кроме того, мы смогли расположить образцы в устройстве с гораздо большей точностью и воспроизвести эту точность.«Именно это ограниченное позиционирование и стабильность системы в целом до сих пор не позволяли улучшить разрешение при прямой визуализации.
Примечательно, что это рекордное разрешение было достигнуто не только с помощью специально разработанных тестовых структур, но и в практических приложениях.
Например, исследователи изучали ориентацию магнитного поля частиц железа размером от 5 до 20 нанометров с помощью своей новой оптики. Проф.
Финк объясняет: «Мы полагаем, что наши результаты будут способствовать дальнейшим исследованиям энергетических материалов и наномагнетизма, в частности. Соответствующие размеры структур в этих полях часто ниже текущих пределов разрешения.’