Argonne desenvolve um novo método para ver mais claramente a física de materiais complexos em ambientes de difícil acesso.

Com as ferramentas certas, os cientistas podem ter uma visão de raio-X semelhante ao do Super-homem, que revela características ocultas enterradas em objetos - mas é altamente complicado.

A Fonte Avançada de Fótons (APS), um Office of Science User Facility no Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), dá aos cientistas acesso a raios X altamente penetrantes que podem iluminar - em nível atômico - materiais contidos nas profundezas de outras estruturas.

A próxima fase do APS, a atualização APS, transforma o APS de hoje em um líder mundial, baseado em anel de armazenamento, fonte de luz de raios-X de alta energia que equipa os cientistas com uma ferramenta muito mais poderosa para investigar e melhorar os materiais e processos químicos que afetam quase todos os aspectos de nossas vidas. Em particular, a atualização permite o uso de métodos de imagem sem lentes com raios-X de alta energia para superar as limitações ópticas e obter a mais alta resolução espacial em amostras opacas.

"É semelhante a tentar determinar a forma e o tamanho de uma pedra jogada em um lago olhando para as ondulações que a pedra cria, exceto em três dimensões. Se o tamanho do seu pixel for pequeno o suficiente ... você pode [na verdade] ... obter uma imagem tridimensional do objeto que está causando a dispersão, "observou Siddharth Maddali, um pesquisador de pós-doutorado em Argonne.

Contudo, o uso de raios X de alta energia para penetração profunda traz um obstáculo potencial - os raios X de penetração profunda podem apresentar limitações com a tecnologia de detecção atual.

"Essencialmente, o sinal no detector fica mais e mais comprimido à medida que vamos para energias de raios-X cada vez mais altas, "disse Maddali." O preço que pagamos por raios X mais penetrantes é a perda de fidelidade nos dados registrados. "

Em um novo estudo, pesquisadores da Argonne descobriram uma nova maneira de superar essas limitações.

Essas limitações, de acordo com o físico de raios-X de Argonne Stefan Vogt, são como usar um monitor de computador de baixa resolução para ver uma fotografia digital de alta resolução. "Você não pode ver a fidelidade da imagem original, " ele disse.

O efeito geral faz com que a imagem pareça pixelada, disse Maddali, um autor do estudo.

Como a distância do alvo ao detector é relativamente fixa, melhorando a resolução de uma imagem de espalhamento de raios-X pixelada - em essência, aumentar a nitidez - requer algoritmos computacionais que criam "pixels virtuais" subdivididos que podem redistribuir a imagem pixelada. Em seguida, os pesquisadores podem usar um processo chamado recuperação de fase para reconstituir informações do espaço real sobre a amostra com base nas frentes de onda de raios-X dispersas.

"É semelhante a tentar determinar a forma e o tamanho de uma pedra jogada em um lago olhando para as ondulações que a pedra cria, exceto em três dimensões, "Maddali disse." Se o tamanho do seu pixel for pequeno o suficiente para que você possa ver os altos e baixos na onda, você pode processar essas imagens computacionalmente e obter uma imagem tridimensional do objeto que está causando a dispersão. "

Usando o processamento de sinal desta maneira, os cientistas são capazes de corrigir computacionalmente uma imagem que, de outra forma, exigiria um sistema experimental de lentes impossível para ser resolvida.

Os cientistas poderiam usar esta técnica para obter melhores informações sobre as interfaces de materiais, e, assim, compreender melhor e, em última análise, controlar o comportamento de novos materiais.