Un equipo internacional de científicos ha diseñado unas gafas de rayos X especiales para concentrar el rayo de un láser de rayos X más fuerte que nunca. La lente correctiva producida individualmente elimina los defectos inevitables de una pila óptica de rayos X casi por completo y concentra tres cuartas partes del haz de rayos X en un punto con 250 nanómetros (millonésimas de milímetro) de diámetro. acercándose mucho al límite teórico. El haz de rayos X concentrado no solo puede mejorar la calidad de ciertas mediciones, pero también abre vías de investigación completamente nuevas, como escribe el equipo que rodea al científico principal de DESY, Christian Schroer, 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 se dispone de unos pocos materiales para fabricar espejos y lentes de rayos X adecuados, "explica el coautor Andreas Schropp de DESY". Además, dado que la longitud de onda de los rayos X es mucho menor 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 el más mínimo defecto en la forma de la lente puede tener un efecto perjudicial ".

La producción de lentes y espejos adecuados ya ha alcanzado un nivel de precisión muy alto, pero las lentes estándar, hecho del elemento berilio, suelen estar ligeramente curvados cerca del centro, como señala Schropp. "Las lentes de berilio se moldean por compresión utilizando matrices 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 de la inevitable debido a las leyes de la física. Y lo que es más, esta luz se distribuye de manera bastante uniforme en un área bastante grande.

Tales defectos son irrelevantes en muchas aplicaciones. "Sin embargo, si desea calentar muestras pequeñas con el láser de rayos X, desea que la radiación se enfoque en un área lo más pequeña posible, ", dice Schropp." Lo mismo ocurre con ciertas técnicas de imagen, donde desea obtener una imagen de muestras diminutas con la mayor cantidad de detalles posible ".

Para optimizar el enfoque, Los científicos primero midieron meticulosamente los defectos en su pila de lentes de rayos X de berilio portátiles. Luego utilizaron estos datos para mecanizar una lente correctiva personalizada con vidrio de cuarzo, utilizando un láser de precisión en la Universidad de Jena. Luego, los científicos probaron el efecto de estos anteojos utilizando el láser de rayos X LCLS en el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC en los EE. UU.

"Sin los anteojos correctivos, nuestra lente enfoca 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 de lo que se puede lograr teóricamente, "informa el autor principal Frank Seiboth de la Universidad Técnica de Dresde, que ahora trabaja en DESY. "Cuando se usaron las gafas, El 75 por ciento de los rayos X podrían enfocarse en un área de aproximadamente 250 nanómetros de diámetro, acercándolo al óptimo teórico ". Con la lente correctiva, aproximadamente tres veces más luz de rayos X se enfocó en la mancha central que sin ella. A diferencia de, el ancho completo a la mitad del máximo (FWHM), la medida científica genérica de la nitidez del enfoque en óptica, no cambió mucho y se mantuvo en unos 150 nanómetros, con o sin gafas.

El equipo de la fuente de rayos X sincrotrón PETRA III de DESY y la British Diamond Light Source también ha estudiado la misma combinación de óptica estándar móvil y gafas hechas a medida. En ambos casos, la lente correctiva condujo a una mejora comparable a la observada con 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, pero, en particular, podrían convertirse en un componente clave de las fuentes de luz de sincrotrón y láseres de rayos X de próxima generación, "enfatiza Schroer." Enfocar los rayos X a los límites teóricos no es solo 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 diminuto, lo que significa que un enfoque eficiente es esencial ".