Fig.1 Esquema del nuevo método, basado en motas de dispersión coherente. Crédito:Universidad de Osaka
Imagínese tomando películas de los procesos químicos más rápidos, o obtener imágenes de detalle a escala atómica de partículas de virus individuales sin dañarlas. Investigadores de Japón han avanzado el estado de la técnica en tales esfuerzos, mejorando la utilidad de un láser de rayos X especial para mediciones a escala nanométrica.
En un estudio publicado recientemente en Diario de radiación de sincrotrón , investigadores de la Universidad de Osaka, en colaboración con RIKEN y el Instituto de Investigación de Radiación Sincrotrón de Japón (JASRI), han reducido el diámetro del haz en un láser de rayos X de electrones libres a 6 nanómetros de ancho. Esto mejora considerablemente la utilidad de estos láseres para obtener imágenes de estructuras más cercanas al nivel atómico de lo que era posible en trabajos anteriores.
Para "ver" objetos extremadamente pequeños y, por lo demás, invisibles, y observar procesos químicos ultrarrápidos, los investigadores suelen utilizar instalaciones de rayos X de sincrotrón. Los láseres de rayos X de electrones libres son una alternativa que puede, en principio, obtener imágenes de detalle a escala atómica de, por ejemplo, una partícula de virus, en la escala de tiempo de una transición electrónica, sin dañar la partícula. Para hacer esto, Necesita un láser de rayos X increíblemente brillante que enfoque pulsos de láser extremadamente rápidos en la escala nanométrica.
"Con espejos de enfoque multicapa, reducimos el ancho de nuestro rayo láser a un diámetro de 6 nanómetros, ", dice el autor principal del estudio, Takato Inoue." Este no es el diámetro de un átomo típico, pero estamos haciendo un buen progreso ".
Fig. 2 Relación entre formas de moteado y formas de haz distorsionadas por desalineaciones de espejos. Medio:barra de escala, 50 nm. Abajo:barra de escala, 0,5 nm-1. Reimpreso con modificaciones del papel original correspondiente. Crédito:Universidad de Osaka
Fig.3 Comparación de los patrones de moteado (izquierda, barra de escala =0,06 nm − 1), y una comparación de la forma de mota calculada (derecha), antes y después de la alineación precisa del espejo. Reimpreso con modificaciones del papel original correspondiente. Crédito:Universidad de Osaka
Hasta ahora, Ha sido difícil enfocar láseres de rayos X de electrones libres a diámetros tan pequeños. Eso se debe a los desafíos en la fabricación de los espejos requeridos, y confirmar el tamaño enfocado de los láseres. El equipo de investigadores abordó el problema de enfoque analizando la forma de los patrones de interferencia del láser, conocidos como perfiles moteados.
"Generamos perfiles de motas mediante la dispersión coherente de rayos X de nanopartículas metálicas distribuidas al azar, "explica Satoshi Matsuyama, autor principal. "Esto permitió realizar mediciones experimentales del perfil del rayo láser, que estaban de acuerdo con los cálculos teóricos ".
Debido a que el diámetro del rayo láser se puede medir con tanta precisión, ahora son factibles más avances. Por ejemplo, mediante el uso de átomos para el análisis de dispersión, Las mediciones de rayos X con láser de electrones libres se pueden mejorar a un enfoque de 1 nanómetro.
Los investigadores anticipan que los láseres de intensidad extremadamente alta, más de un millón de billones de veces más brillante que el sol, ahora será útil para obtener imágenes de procesos moleculares ultrarrápidos, con detalles a escala atómica, que están más allá de las capacidades de los sincrotrones más avanzados. Con tal tecnología, Se pueden obtener imágenes de moléculas de proteínas y otras pequeñas entidades biológicas importantes sin dañarlas bajo la estrategia de "difracción antes de la destrucción, "mediante el uso de un solo pulso de láser.
