Los microscopios de rayos X se utilizan comúnmente en combinación con técnicas de imágenes de campo completo en aplicaciones de espectromicroscopía. donde permiten analizar y visualizar simultáneamente las estructuras químicas de los materiales. Sin embargo, el rendimiento de estos microscopios suele verse afectado por problemas con aberraciones cromáticas —efectos ópticos que limitan la resolución o el grado de finura con que se pueden adquirir imágenes de las estructuras del material— y las soluciones anteriores al problema a menudo han resultado difíciles de fabricar e implementar. Por lo tanto, un equipo de colaboración dirigido por investigadores de la Universidad de Osaka ha desarrollado un sistema óptico para su uso en microscopios de rayos X de campo completo que ofrece una forma más práctica de superar el problema de la aberración cromática.

"Desarrollamos un sistema óptico de imágenes basado en el uso de dos espejos de imágenes monolíticos, "dice el profesor asistente Satoshi Matsuyama de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Osaka." Estos espejos tienen formas elípticas e hiperbólicas en un solo sustrato, y la fijación del posicionamiento relativo entre la elipse y la hipérbola puede proporcionar una alta calidad de imagen con una estabilidad duradera ". La fabricación de este complejo sistema de espejo significó que los procesos de fabricación existentes tuvieron que ser modificados, pero las estructuras de espejo propuestas se produjeron con las formas requeridas con una precisión de aproximadamente 1 nm.

Después de ensamblar la estructura del espejo utilizando un sistema de alineación especialmente desarrollado, se implementó en un sistema de microscopio de rayos X de campo completo para pruebas de rendimiento en la instalación de radiación de sincrotrón SPring-8. "El microscopio fue probado por su resolución espacial, la presencia de aberraciones cromáticas, y estabilidad a largo plazo utilizando un patrón de prueba fino llamado estrella Siemens y una energía fotónica de aproximadamente 10 keV, "explica el profesor Kazuto Yamauchi del Centro de Ciencia y Tecnología de Ultra Precisión de la Universidad de Osaka." Pudimos resolver claramente características de 50 nm con alta estabilidad durante un período de 20 horas sin aberraciones cromáticas ".

El sistema desarrollado se aplicó luego en experimentos de espectromicroscopía de estructura fina de absorción de rayos X, e identificó con éxito tanto los elementos como los estados químicos en muestras de zinc y tungsteno de tamaño micrométrico. Si bien el sistema se someterá a más investigaciones para mejorar su rendimiento hacia el límite teórico, ya muestra una promesa considerable para su uso en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo imágenes ultrarrápidas con rayos X de alta intensidad e imágenes de fluorescencia de rayos X de campo completo de alta resolución. Esta estructura de espejo también puede encontrar uso en otros sistemas, con aplicaciones potenciales que incluyen óptica de imagen y enfoque para rayos X de radiación de sincrotrón y láseres de electrones libres de rayos X.