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      用于X射線的消色差透鏡問世

      發布時間: 2022-10-09  點擊次數: 169次

      瑞士保羅謝勒研究所(PSI)的科學家研發了一種可用于X射線的消色差透鏡。即使X射線束具有不同的波長,該透鏡也能準確地將其聚焦在一個點上。有了消色差透鏡,研究人員可以更方便地利用X射線研究納米結構,有力的推動了材料、芯片和電池等領域的研發。

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


      直到現在才開發出一種用于X射線的消色差透鏡,這一事實乍一看可能令人驚訝,畢竟可見光消色差透鏡已經存在了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,就像穿過傳統的玻璃棱鏡一樣。然后,它通過第二種材料來逆轉這種效果。在物理學中,分離不同波長的過程稱為“色散"。
      然而,PSI X射線納米科學與技術實驗室X射線光學與應用研究組負責人、物理學家克里斯蒂安·大衛解釋說:“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。"對于X射線來說,沒有哪兩種材料的光學性質在很大的波長范圍內有足夠的差異,從而使一種材料可以抵消另一種材料的影響。換句話說,X射線范圍內材料的色散太相似了。
      此次,科學家沒有在兩種材料的組合中尋找答案,而是將兩種不同的光學原理聯系在一起。這項新研究的主要作者亞當·庫貝克說:“訣竅是意識到我們可以在衍射鏡前面放置第二個折射鏡。"


      PSI用已有的納米光刻技術來制造衍射鏡,并用微米級的3D打印制造出折射結構,成功開發出用于X射線的消色差透鏡,解決了上述問題。

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      X射線消色差儀的概念和試驗裝置


      為了表征他們的消色差X射線透鏡,科學家們在瑞士同步輻射光源使用了一條X射線光束線,還使用光刻技術來描述X射線光束,從而描述消色差透鏡。這使得科學家們能夠精確地探測到不同波長的X射線焦點的位置。
      他們還使用一種方法對新透鏡進行了測試,這種方法將樣品以小光柵步移過X射線束的焦點。當X射線束的波長改變時,用傳統X射線透鏡產生的圖像變得非常模糊。然而,當使用新的消色差透鏡時,這種情況就不會發生。
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      使用消色差儀演示不同能量的STXM成像


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      X射線束輪廓的演變,其能量用X射線照相術測量
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      消色差透鏡和單個FZP(能量范圍從5.6keV到6.8keV)多色X射線聚焦模擬


      該研究成果已發表在近期的《自然·通訊》上。


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