Físicos de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) y Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY, Hamburgo) han desarrollado un método para mejorar la calidad de las imágenes de rayos X con respecto a los métodos convencionales. La técnica, imágenes difractivas incoherentes (IDI), podría obtener imágenes de átomos individuales en nanocristales o moléculas más rápido y con una resolución mucho mayor.
Durante más de 100 años, Los rayos X se han utilizado en cristalografía para determinar la estructura de moléculas. En el corazón del método están los principios de difracción y superposición, a la que están sujetas todas las ondas:las ondas de luz que consisten en fotones son desviadas por los átomos en el cristal y se superponen como ondas de agua generadas por obstáculos en una corriente que fluye lentamente. Si se puede medir un número suficiente de estos fotones con un detector, se obtiene un patrón de difracción o patrón de onda característico, del cual se puede derivar la estructura atómica del cristal. Esto requiere que los fotones se dispersen de manera coherente, lo que significa que existe una clara relación de fase entre los fotones incidentes y reflejados. Para seguir con la analogía del agua, esto corresponde a ondas de agua que se desvían de los obstáculos sin vórtices ni turbulencias. Si la dispersión de fotones es incoherente, la relación de fase fija entre los fotones dispersos se dispersa, lo que hace imposible determinar la disposición de los átomos, como en aguas turbulentas.
Pero las imágenes difractivas coherentes también tienen un problema:"Con la luz de rayos X, en la mayoría de los casos domina la dispersión incoherente, por ejemplo, en forma de fluorescencia resultante de la absorción de fotones y su posterior emisión, "dice Anton Classen, miembro del grupo de trabajo de la FAU sobre Óptica Cuántica e Información Cuántica. "Esto crea un fondo difuso que no se puede utilizar para obtener imágenes coherentes y reduce la fidelidad de reproducción de los métodos coherentes".
Haciendo uso de radiación incoherente
Es exactamente esta radiación incoherente aparentemente indeseable la clave para la nueva técnica de imagen de los investigadores de la FAU. "En nuestro método, los fotones de rayos X incoherentemente dispersos no se registran durante un período de tiempo más largo, pero en breves instantáneas resueltas en el tiempo, ", dice el profesor Joachim von Zanthier." Al analizar las instantáneas individualmente, se puede obtener la información sobre la disposición de los átomos ".
El truco es que la difracción de la luz sigue siendo coherente en secuencias cortas. Sin embargo, Esto solo es posible con destellos de rayos X extremadamente cortos con duraciones de no más de unos pocos femtosegundos, es decir, unas cuantas billonésimas de segundo, lo que sólo se ha logrado recientemente utilizando láseres de electrones libres como el XFEL europeo en Hamburgo o el Linac Coherent Light Source (LCLS) en California.
Es posible visualizar moléculas individuales
Dado que el nuevo método utiliza luz fluorescente, se puede obtener una señal mucho más fuerte, que también se dispersa en ángulos significativamente más grandes, obteniendo información espacial más detallada. Además, Los filtros se pueden utilizar para medir la luz de especies atómicas específicas únicamente. Esto hace posible determinar la posición de átomos individuales en moléculas y proteínas con una resolución significativamente más alta en comparación con imágenes coherentes utilizando luz de rayos X de la misma longitud de onda. Este método podría mejorar el estudio de las proteínas en biología estructural y medicina.
