Argonne desarrolla un método novedoso para ver más claramente la física de materiales complejos en entornos de difícil acceso.

Con las herramientas adecuadas, los científicos pueden tener una visión de rayos X similar a la de Superman que revela características ocultas enterradas dentro de los objetos, pero es muy complicado.

La fuente de fotones avanzada (APS), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), brinda a los científicos acceso a rayos X de alta penetración que pueden iluminar, a nivel atómico, materiales contenidos en las profundidades de otras estructuras.

La siguiente fase del APS, la actualización de APS, transforma el APS actual en un líder mundial basado en anillo de almacenamiento, fuente de luz de rayos X de alta energía que equipa a los científicos con una herramienta mucho más poderosa para investigar y mejorar los materiales y procesos químicos que impactan en casi todos los aspectos de nuestras vidas. En particular, la actualización permite el uso de métodos de obtención de imágenes sin lentes con rayos X de alta energía para superar las limitaciones ópticas y obtener la resolución espacial más alta en las profundidades de las muestras opacas.

"Es similar a tratar de determinar la forma y el tamaño de una piedra arrojada a un estanque al observar las ondas que crea la piedra, excepto en tres dimensiones. Si el tamaño de su píxel es lo suficientemente pequeño ... puede [en realidad] ... obtener una imagen tridimensional del objeto que causa la dispersión, "señaló Siddharth Maddali, un investigador postdoctoral de Argonne.

Sin embargo, El uso de rayos X de alta energía para una penetración profunda conlleva un problema potencial:los rayos X de penetración profunda pueden tener limitaciones con la tecnología de detección actual.

"Esencialmente, la señal en el detector se comprime cada vez más a medida que avanzamos hacia energías de rayos X cada vez más altas, ", dijo Maddali." El precio que pagamos por rayos X más penetrantes es una pérdida de fidelidad en los datos registrados ".

En un nuevo estudio, Los investigadores de Argonne han encontrado una forma novedosa de superar estas limitaciones.

Estas limitaciones, según el físico de rayos X de Argonne Stefan Vogt, son como usar un monitor de computadora de baja resolución para ver una fotografía digital de alta resolución. "No se puede ver la fidelidad de la imagen original, " él dijo.

El efecto general hace que la imagen parezca pixelada, dijo Maddali, un autor del estudio.

Debido a que la distancia del objetivo al detector es relativamente fija, mejorar la resolución de una imagen de dispersión de rayos X pixelada; en esencia, agudizarlo:requiere algoritmos computacionales que creen "píxeles virtuales" subdivididos que puedan redistribuir la imagen pixelada. Luego, los investigadores pueden usar un proceso llamado recuperación de fase para reconstituir la información del espacio real sobre la muestra basada en los frentes de onda de rayos X dispersos.

"Es similar a tratar de determinar la forma y el tamaño de una piedra arrojada a un estanque al observar las ondas que crea la piedra, excepto en tres dimensiones, ", Dijo Maddali." Si el tamaño de su píxel es lo suficientemente pequeño como para que pueda ver los altibajos de la ola, puede procesar computacionalmente esas imágenes y obtener una imagen tridimensional del objeto que causa la dispersión ".

Al utilizar el procesamiento de señales de esta manera, los científicos pueden corregir computacionalmente de manera efectiva una imagen que de otro modo hubiera requerido un sistema de lentes experimentalmente imposible de resolver.

Los científicos podrían utilizar esta técnica para obtener mejor información sobre las interfaces de materiales, y de ese modo comprender mejor y, en última instancia, controlar el comportamiento de los nuevos materiales.