x射线显微镜记录记录分辨率

Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)、瑞士Paul Scherrer研究所以及巴黎、汉堡和巴塞尔的其他机构的研究人员成功地创造了x射线显微镜的新记录。通过改进的衍射透镜和更精确的样品定位，他们能够实现个位数纳米尺度的空间分辨率。这种直接成像的新维度可以为纳米结构的研究提供重要的推动力，并进一步推进太阳能电池和新型磁数据存储的发展。该研究结果已发表在著名期刊《光学》上，标题为“7纳米分辨率的软x射线显微镜”。

软x射线显微镜，使用低能x射线被用于研究纳米尺度下材料的性质。该技术可用于确定有机薄膜的结构，而有机薄膜在太阳能电池和电池的发展中起着重要作用。它还可以观察到粒子的化学过程或催化反应。这种方法可以研究所谓的自旋动力学。电子不仅可以传输电荷，而且具有内部旋转方向，可用于新型磁数据存储。

为了在未来改进对这些过程的研究，研究人员需要能够“放大”到个位数的纳米尺度。这在理论上是可以用软x射线实现的，但到目前为止，只能使用间接成像方法实现低于10纳米的空间分辨率，这需要后续重建。“对于化学反应或磁粒子相互作用等动态过程，我们需要能够直接查看结构，”FAU物理化学II主席Rainer Fink教授解释说。“x射线显微镜尤其适用于这种情况，因为它比电子显微镜在磁性环境中使用更灵活。”

改进的聚焦和校准

研究人员与Paul Scherrer研究所以及巴黎、汉堡和巴塞尔的其他机构合作，在几个不同的实验中成功地实现了7纳米的分辨率，打破了x射线显微镜的新记录。这一成功主要不是基于更强大的x射线源，而是利用衍射透镜改善了射线的焦点，并对测试样品进行了更精确的校准。Rainer Fink解释说:“我们优化了用于聚焦x射线的菲涅耳带板的结构尺寸。”“此外，我们能够以更高的精度在设备中定位样品，并重现这种精度。”到目前为止，正是这种有限的定位和整个系统的稳定性阻碍了直接成像分辨率的提高。

值得注意的是，这种记录分辨率不仅是通过专门设计的测试结构实现的，而且在实际应用中也是如此。例如，研究人员用他们的新光学器件研究了5到20纳米铁颗粒的磁场方向。芬克教授解释说:“我们认为我们的研究结果将推动能源材料和纳米磁性的研究。该领域的相关结构尺寸通常低于当前的分辨率限制。”

参考:Rösner B, Finizio S, Koch F，等。7 nm分辨率的软x射线显微镜。视。2020; 7(11) 1602 - 1608。doi:10.1364 / OPTICA.399885

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