Un equipo internacional de científicos ha diseñado gafas especiales de rayos X para concentrar el haz de un láser de rayos X más fuerte que nunca. La lente correctora producida individualmente elimina los defectos inevitables de una pila óptica de rayos X casi por completo y concentra trescuartos del haz de rayos X a un punto con un diámetro de 250 nanómetros millonésimas de milímetro, acercándose al límite teórico. El haz de rayos X concentrado no solo puede mejorar la calidad de ciertas mediciones, sino que también abre una investigación completamente nuevaavenidas, como el equipo que rodea al científico principal de DESY, Christian Schroer, escribe en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Aunque los rayos X obedecen las mismas leyes ópticas que la luz visible, son difíciles de enfocar o desviar: "Solo hay unos pocos materiales disponibles para fabricar lentes y espejos de rayos X adecuados", explica el coautor Andreas Schropp de DESY."Además, dado que la longitud de onda de los rayos X es mucho más pequeña que la de la luz visible, la fabricación de lentes de rayos X de este tipo requiere un grado de precisión mucho mayor que el requerido en el ámbito de las longitudes de onda ópticas, incluso la más leveun defecto en la forma de la lente puede tener un efecto perjudicial "
La producción de lentes y espejos adecuados ya ha alcanzado un nivel muy alto de precisión, pero las lentes estándar, hechas del elemento berilio, generalmente están ligeramente curvadas demasiado cerca del centro, como señala Schropp. "Las lentes de berilio son compresión-moldeado con troqueles de precisión. Los errores de forma del orden de unos pocos cientos de nanómetros son prácticamente inevitables en el proceso ". Esto da como resultado más luz dispersa fuera del foco que inevitable debido a las leyes de la física. Además, esta luz se distribuye bastanteuniformemente sobre un área bastante grande.
Tales defectos son irrelevantes en muchas aplicaciones. "Sin embargo, si desea calentar pequeñas muestras usando el láser de rayos X, desea que la radiación se enfoque en un área lo más pequeña posible", dice Schropp. "Lo mismoes cierto en ciertas técnicas de imagen, donde desea obtener una imagen de muestras pequeñas con la mayor cantidad de detalles posible "
Para optimizar el enfoque, los científicos primero midieron meticulosamente los defectos en su pila portátil de lentes de rayos X de berilio. Luego utilizaron estos datos para mecanizar una lente correctora personalizada de vidrio de cuarzo, utilizando un láser de precisión en la Universidad deJena. Luego, los científicos probaron el efecto de estas gafas usando el láser de rayos X LCLS en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC en los Estados Unidos
"Sin los lentes correctivos, nuestra lente enfocó aproximadamente el 75 por ciento de la luz de rayos X en un área con un diámetro de aproximadamente 1600 nanómetros. Eso es aproximadamente diez veces más grande que lo que en teoría se puede lograr", informa el autor principal Frank Seiboth dela Universidad Técnica de Dresde, que ahora trabaja en DESY. "Cuando se usaron los anteojos, el 75 por ciento de los rayos X podrían enfocarse en un área de aproximadamente 250 nanómetros de diámetro, acercándolo al óptimo teórico".la lente correctora, aproximadamente tres veces más luz de rayos X enfocada en la moteada central que sin ella. Por el contrario, el ancho completo a la mitad máximo FWHM, la medida científica genérica de nitidez de enfoque en óptica, no cambió muchoy se mantuvo a unos 150 nanómetros, con o sin gafas.
El equipo de la fuente de rayos X sincrotrón PETRA III de DESY y la fuente de luz británica de diamante también ha estudiado la misma combinación de óptica móvil estándar y gafas a medida. En ambos casos, la lente correctora condujo a una mejora comparable aeso se ve en el láser de rayos X. "En principio, nuestro método permite fabricar una lente correctiva individual para cada óptica de rayos X", explica el científico principal Schroer, quien también es profesor de física en la Universidad de Hamburgo.
"Estas llamadas placas de fase no solo pueden beneficiar a las fuentes de rayos X existentes, sino que en particular podrían convertirse en un componente clave de los láseres de rayos X de próxima generación y las fuentes de luz sincrotrón", enfatiza Schroer. "Enfocando los rayos XHasta los límites teóricos no solo es un requisito previo para una mejora sustancial en una gama de diferentes técnicas experimentales; también puede allanar el camino para métodos de investigación completamente nuevos. Los ejemplos incluyen la dispersión no lineal de partículas de luz por partículas de materia,o crear partículas de materia a partir de la interacción de dos partículas de luz. Para estos métodos, los rayos X deben concentrarse en un espacio pequeño, lo que significa que el enfoque eficiente es esencial ".
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Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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