Investigadores de la Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), el Instituto Paul Scherrer en Suiza y otras instituciones en París, Hamburgo y Basilea, han logrado establecer un nuevo récord en microscopía de rayos X. Con lentes difractivas mejoradas y un posicionamiento de la muestra más preciso, pudieron lograr una resolución espacial en la escala nanométrica de un solo dígito. Esta nueva dimensión en imágenes directas podría proporcionar importantes impulsos para la investigación de nanoestructuras y avanzar aún más en el desarrollo de células solares y nuevos tipos de almacenamiento de datos magnéticos. Los hallazgos ahora se han publicado en la reconocida revista Optica con el título "Microscopía de rayos X blandos con resolución de 7 nm".

Microscopía de rayos X blandos, que utiliza rayos X de baja energía se utiliza para investigar las propiedades de los materiales en la nanoescala. Esta tecnología se puede utilizar para determinar la estructura de películas orgánicas que juegan un papel importante en el desarrollo de pilas y baterías solares. También permite observar procesos químicos o reacciones catalíticas de partículas. El método permite la investigación de la llamada dinámica de espín. Los electrones no solo pueden transportar carga eléctrica, pero también tienen un sentido de rotación interno, que podría utilizarse para nuevos tipos de almacenamiento de datos magnéticos.

Para mejorar la investigación de estos procesos en el futuro, los investigadores deben poder "hacer zoom" en la escala nanométrica de un solo dígito. Esto es teóricamente posible con rayos X suaves, pero hasta ahora solo ha sido posible lograr una resolución espacial de menos de 10 nanómetros utilizando métodos de imagen indirecta que requieren una reconstrucción posterior. "Para procesos dinámicos como reacciones químicas o interacción de partículas magnéticas, necesitamos poder ver las estructuras directamente, "explica el Prof. Dr. Rainer Fink de la Cátedra de Química Física II en FAU." La microscopía de rayos X es especialmente adecuada para esto, ya que se puede utilizar de manera más flexible en entornos magnéticos que la microscopía electrónica, por ejemplo."

Enfoque y calibración mejorados

Trabajando con el Instituto Paul Scherrer y otras instituciones en París, Hamburgo y Basilea, Los investigadores ahora han batido un nuevo récord en microscopía de rayos X, ya que han logrado una resolución récord de 7 nanómetros en varios experimentos diferentes. Este éxito no se basa principalmente en fuentes de rayos X más potentes, sino en mejorar el enfoque de los rayos usando lentes difractivas y una calibración más precisa de las muestras de prueba. "Optimizamos el tamaño de la estructura de las placas de la zona de Fresnel que se utilizan para enfocar los rayos X, "explica Rainer Fink." Además, pudimos colocar las muestras en el dispositivo con una precisión mucho mayor y reproducir esta precisión. "Es precisamente este posicionamiento limitado y la estabilidad del sistema en su conjunto lo que ha impedido mejoras en la resolución en imágenes directas hasta ahora.

Notablemente, Esta resolución récord no solo se logró con estructuras de prueba especialmente diseñadas, pero también en aplicaciones prácticas. Por ejemplo, los investigadores estudiaron la orientación del campo magnético de partículas de hierro que miden de 5 a 20 nanómetros con su nueva óptica. El profesor Fink explica:"Asumimos que nuestros resultados impulsarán la investigación sobre materiales energéticos y nanomagnetismo en particular. Los tamaños de estructura relevantes en estos campos a menudo están por debajo de los límites de resolución actuales".