Enfoque de un rayo láser de rayos X de electrones libres (XFEL) utilizando espejos de enfoque multicapa con corrección de frente de onda. Crédito:Universidad de Osaka
Un láser de rayos X de electrones libres (XFEL) es un rayo X producido por un haz de electrones libres que se ha acelerado casi a la velocidad de la luz. Los XFEL producen rayos láser con una intensidad de potencia máxima extremadamente alta, lo que los hace atractivos para aplicaciones en investigación fundamental, como la óptica no lineal de rayos X y la determinación de la estructura cristalina de proteínas, y también en medicina. Es importante enfocar con precisión los rayos XFEL para lograr un alto rendimiento. Los láseres se enfocan típicamente usando espejos de reflexión total; sin embargo, Los espejos convencionales no son adecuados para la formación de haces de rayos X de menos de 10 nm porque tales espejos no pueden ofrecer la gran apertura numérica requerida. Para superar esta limitación, Los haces de rayos X se pueden enfocar usando espejos multicapa. Desafortunadamente, es difícil fabricar tales espejos multicapa porque se requiere una precisión de fabricación muy alta.
Una colaboración liderada por la Universidad de Osaka ha desarrollado recientemente una nueva técnica para fabricar espejos de enfoque multicapa ultraprecisos con una precisión de forma de menos de 1 nm. que puede enfocar un rayo XFEL a un tamaño de menos de 10 nanómetros.
"Para lograr un XFEL altamente enfocado, Investigamos la determinación del frente de onda utilizando un interferómetro de rejilla única de rayos X y la corrección directa de la forma de los espejos de enfoque multicapa mediante un método de deposición diferencial. "dice el autor principal Satoshi Matsuyama.
El equipo fabricó por primera vez espejos de enfoque multicapa mediante pulverización catódica con magnetrón de multicapas de platino y carbono. El proceso de pulverización catódica se controló con precisión utilizando una etapa de escaneo unidimensional y una computadora. Los espejos multicapa fabricados se ensamblaron en un sistema de enfoque de haz de dos etapas. El frente de onda de un haz XFEL después de pasar a través del sistema de enfoque del haz se midió usando un interferómetro de rejilla para determinar la aberración del frente de onda del ideal teórico causado por la desviación de la forma real del espejo del diseño previsto.
Medición del frente de onda utilizando un interferómetro de rejilla de rayos X. Crédito:Reimpreso con modificaciones del papel original correspondiente.
La forma de los espejos de enfoque se corrigió luego mediante deposición diferencial. Se compararon los frentes de onda antes y después de la corrección de forma, que reveló que la corrección mejoró con éxito la calidad de los espejos multicapa para proporcionar un tamaño de haz XFEL de menos de diez nanómetros.
"Anticipamos que los espejos de enfoque multicapa fabricados por el enfoque establecido en este trabajo pronto estarán disponibles para su uso en XFEL y las instalaciones de radiación sincrotrón". ", dice el autor principal Kazuto Yamauchi." Estos rayos altamente enfocados abrirán nuevas fronteras en la ciencia de los rayos X ".
Se espera que la alta intensidad de XFEL lograda con los espejos de enfoque multicapa ultraprecisos desarrollados mejore el rendimiento de los análisis de rayos X de última generación que utilizan XFEL.
Intensidad del haz calculada en el plano focal antes y después de enfocar la corrección de la forma del espejo. Área de cálculo =500 × 500 nm, Energía de rayos X =9,1 keV. Crédito:Reimpreso con modificaciones del papel original correspondiente.
