Científicos del Max Born Institute (MBI) han desarrollado la primera lente refractiva que enfoca rayos ultravioleta extremos. En lugar de usar una lente de vidrio, que no es transparente en la región ultravioleta extrema, los investigadores han demostrado una lente formada por un chorro de átomos. Los resultados, que brindan nuevas oportunidades para la obtención de imágenes de muestras biológicas en escalas de tiempo más breves, fueron publicados en Naturaleza .

El tronco de un árbol parcialmente sumergido en agua parece estar doblado. Durante cientos de años, la gente ha sabido que esto es causado por refracción, es decir, la luz cambia de dirección cuando viaja de un medio (agua) a otro (aire) en ángulo. La refracción es también el principio físico subyacente detrás de las lentes que desempeñan un papel indispensable en la vida cotidiana:son parte del ojo humano, se usan como vasos, lentes de contacto, como objetivos de cámara y para controlar rayos láser.

Tras el descubrimiento de nuevas regiones del espectro electromagnético como la radiación ultravioleta (UV) y de rayos X, Se desarrollaron lentes refractivas que se adaptan específicamente a estas regiones espectrales. La radiación electromagnética en la región ultravioleta extrema (XUV) es, sin embargo, algo especial. Ocupa el rango de longitud de onda entre los dominios de rayos X y UV, pero a diferencia de los dos últimos tipos de radiación, solo puede viajar en el vacío o con gases fuertemente enrarecidos. Hoy en día, los rayos XUV se utilizan ampliamente en la litografía de semiconductores, así como en la investigación fundamental para comprender y controlar la estructura y la dinámica de la materia. Permiten la generación de los pulsos de luz más cortos creados por humanos con duraciones de attosegundos (un attosegundo es una mil millonésima de mil millonésima de segundo). Sin embargo, a pesar de la gran cantidad de fuentes y aplicaciones XUV, hasta ahora no ha existido ningún objetivo XUV. La razón es que la radiación XUV es fuertemente absorbida por cualquier material sólido o líquido y simplemente no puede pasar a través de lentes convencionales.

Para enfocar los rayos XUV, un equipo de investigadores de MBI ha adoptado un enfoque diferente:reemplazaron una lente de vidrio con la formada por un chorro de átomos de un gas noble, helio. Esta lente se beneficia de la alta transmisión de helio en el rango espectral XUV y, al mismo tiempo, se puede controlar con precisión cambiando la densidad del gas en el chorro. Esto es importante para ajustar la distancia focal y minimizar el tamaño de los puntos de los rayos XUV enfocados.

En comparación con los espejos curvos que se utilizan a menudo para enfocar la radiación XUV, estas lentes refractivas gaseosas tienen una serie de ventajas:una lente 'nueva' se genera constantemente a través del flujo de átomos en el chorro, lo que significa que se evitan problemas con los daños. Es más, una lente de gas no produce prácticamente ninguna pérdida de radiación XUV en comparación con un espejo típico. "Esta es una mejora importante, debido a que la generación de rayos XUV es compleja y, a menudo, muy costosa, "Dr. Bernd Schuette, Científico de MBI y autor correspondiente de la publicación, explica.

En el trabajo, los investigadores han demostrado además que un chorro atómico puede actuar como un prisma que rompe la radiación XUV en sus componentes espectrales constituyentes. Esto se puede comparar con la observación de un arco iris, resultante de la ruptura de la luz del Sol en sus colores espectrales por gotas de agua, excepto que los 'colores' de la luz XUV no son visibles para el ojo humano.

El desarrollo de lentes y prismas en fase gaseosa en la región XUV permite transferir técnicas ópticas que se basan en la refracción y que son ampliamente utilizadas en la parte visible e infrarroja del espectro electromagnético. al dominio XUV. Las lentes de gas podrían, por ejemplo, explotarse para desarrollar un microscopio XUV o para enfocar haces XUV a tamaños de puntos nanométricos. Esto puede aplicarse en el futuro, por ejemplo, para observar cambios estructurales de biomoléculas en escalas de tiempo más cortas.