Un equipo de investigadores en Japón ha diseñado un espejo para rayos X al que se le puede dar forma flexible, lo que da como resultado una precisión notable a nivel atómico y una mayor estabilidad.
La nueva tecnología desarrollada por Satoshi Matsuyama y Takato Inoue en la Escuela de Graduados en Ingeniería de la Universidad de Nagoya, en colaboración con RIKEN y JTEC Corporation, mejora el rendimiento de los microscopios de rayos X y otras tecnologías que utilizan espejos de rayos X. Los resultados fueron publicados en la revista Optica. .
Un microscopio de rayos X es una herramienta de imágenes avanzada que cierra la brecha entre la microscopía electrónica y óptica. Utiliza rayos X, que pueden proporcionar una mejor resolución que la luz y penetrar muestras demasiado gruesas para que los electrones puedan penetrar. Esto permite obtener imágenes de estructuras que son difíciles de ver con otras técnicas de microscopía.
Los microscopios de rayos X tienen alta resolución, lo que los hace especialmente valiosos en campos como la ciencia de materiales y la biología porque pueden observar la composición, el estado químico y la estructura dentro de una muestra.
Los espejos desempeñan un papel vital en los microscopios de rayos X. Reflejan haces de rayos X, lo que permite obtener imágenes de alta resolución de estructuras complejas. Imágenes de alta calidad y mediciones precisas son una necesidad, especialmente en campos científicos de última generación, como las inspecciones de catalizadores y baterías.
Sin embargo, la pequeña longitud de onda de los rayos X los hace vulnerables a la distorsión provocada por defectos menores de fabricación e influencias ambientales. Esto crea aberraciones del frente de onda que pueden limitar la resolución de la imagen. Matsuyama y sus colaboradores resolvieron este problema creando un espejo que puede deformarse, ajustando su forma según el frente de onda de rayos X detectado.
Para optimizar su espejo, los investigadores observaron materiales piezoeléctricos. Estos materiales son útiles porque pueden deformarse o cambiar de forma cuando se aplica un campo eléctrico. Esto permite que el material se reforme para responder incluso a aberraciones menores en la onda detectada.
Después de considerar varios compuestos, los investigadores eligieron un solo cristal de niobato de litio como espejo de forma cambiable. El niobato de litio monocristalino es útil en la tecnología de rayos X porque puede expandirse y contraerse mediante un campo eléctrico y pulirse para crear una superficie altamente reflectante. Esto le permite servir como actuador y superficie reflectante, simplificando el dispositivo.
"Los espejos deformables por rayos X convencionales se fabrican uniendo un sustrato de vidrio y una placa de PZT. Sin embargo, unir materiales diferentes no es ideal y produce inestabilidad", afirmó Matsuyama.
"Para superar este problema, empleamos un material piezocristalino único, que ofrece una estabilidad excepcional porque está hecho de un material uniforme sin enlaces. Debido a esta estructura simple, el espejo se puede deformar libremente con precisión atómica. Además, esta precisión se mantuvo durante siete horas, lo que confirma su altísima estabilidad."
Cuando probaron su nuevo dispositivo, el equipo de Matsuyama descubrió que su microscopio de rayos X superó las expectativas. Su alta resolución lo hace especialmente adecuado para observar objetos microscópicos, como componentes de dispositivos semiconductores.
En comparación con la resolución espacial de la microscopía de rayos X convencional (normalmente 100 nm), su técnica tiene el potencial de desarrollar un microscopio que proporcione una resolución aproximadamente 10 veces mejor (10 nm) porque la corrección de la aberración lo acerca a la resolución ideal.
"Este logro promoverá el desarrollo de microscopios de rayos X de alta resolución, que se habían visto limitados por la precisión del proceso de fabricación", afirmó Matsuyama.
"Estos espejos se pueden aplicar a otros aparatos de rayos X, como dispositivos de litografía, telescopios, tomografías computarizadas en diagnóstico médico y formación de nanohaces de rayos X".
Más información: Takato Inoue et al, Espejo monolítico deformable basado en monocristal de niobato de litio para microscopía adaptativa de rayos X de alta resolución, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.516909
Información de la revista: Óptica
Proporcionado por la Universidad de Nagoya
