Uma equipe internacional de cientistas criou óculos especiais de raios-X para concentrar o feixe de um laser de raios-X mais forte do que nunca. A lente corretiva produzida individualmente elimina os defeitos inevitáveis ​​de uma pilha ótica de raios-X quase completamente e concentra três quartos do feixe de raios-X em um ponto com 250 nanômetros (milionésimos de milímetro) de diâmetro, aproximando-se do limite teórico. O feixe de raios-X concentrado não pode apenas melhorar a qualidade de certas medições, mas também abre caminhos de pesquisa inteiramente novos, como a equipe em torno do cientista-chefe do DESY, Christian Schroer, escreve no jornal Nature Communications .

Embora os raios X obedeçam às mesmas leis ópticas da luz visível, eles são difíceis de focar ou desviar:"Apenas alguns materiais estão disponíveis para fazer lentes de raios-X e espelhos adequados, "explica o co-autor Andreas Schropp do DESY." Além disso, uma vez que o comprimento de onda dos raios-X é muito menor do que o da luz visível, a fabricação de lentes de raios X desse tipo exige um grau muito mais alto de precisão do que o exigido no reino dos comprimentos de onda ópticos - até mesmo o menor defeito no formato da lente pode ter um efeito prejudicial ".

A produção de lentes e espelhos adequados já atingiu um nível de precisão muito alto, mas as lentes padrão, feito do elemento berílio, geralmente são curvados com demasiada força perto do centro, como observa Schropp. "Lentes de berílio são moldadas por compressão usando matrizes de precisão. Erros de forma da ordem de algumas centenas de nanômetros são praticamente inevitáveis ​​no processo." Isso resulta em mais luz espalhada fora do foco do que o inevitável devido às leis da física. O que mais, esta luz é distribuída uniformemente por uma área bastante grande.

Esses defeitos são irrelevantes em muitas aplicações. "Contudo, se você quiser aquecer pequenas amostras usando o laser de raios-X, você quer que a radiação seja focada em uma área tão pequena quanto possível, "diz Schropp." O mesmo é verdade em certas técnicas de imagem, onde você deseja obter uma imagem de pequenas amostras com o máximo de detalhes possível. "

Para otimizar o enfoque, os cientistas primeiro mediram meticulosamente os defeitos em sua pilha portátil de lentes de raios-X de berílio. Eles então usaram esses dados para usinar uma lente corretiva personalizada de vidro de quartzo, usando um laser de precisão na Universidade de Jena. Os cientistas então testaram o efeito desses óculos usando o laser de raios-X LCLS no SLAC National Accelerator Laboratory nos EUA.

"Sem os óculos corretivos, nossas lentes focalizaram cerca de 75 por cento da luz de raios-X em uma área com um diâmetro de cerca de 1600 nanômetros. Isso é cerca de dez vezes maior do que teoricamente alcançável, "relata o autor principal Frank Seiboth da Universidade Técnica de Dresden, que agora trabalha na DESY. "Quando os óculos foram usados, 75 por cento dos raios-X podem ser focados em uma área de cerca de 250 nanômetros de diâmetro, aproximando-o do ideal teórico. "Com as lentes corretivas, cerca de três vezes mais luz de raios-X foi focada no ponto central do que sem ele. Em contraste, a largura total na metade do máximo (FWHM), a medida científica genérica de nitidez de foco em óptica, não mudou muito e permaneceu em cerca de 150 nanômetros, com ou sem os óculos.

A mesma combinação de ótica móvel padrão e óculos feitos sob medida também foi estudada pela equipe da fonte de raios-X síncrotron PETRA III da DESY e da British Diamond Light Source. Em ambos os casos, as lentes corretivas levaram a uma melhora comparável àquela observada no laser de raios-X. "Em princípio, nosso método permite que uma lente corretiva individual seja feita para cada óptica de raios-X, "explica o cientista chefe Schroer, que também é professor de física na Universidade de Hamburgo.

"Essas chamadas placas de fase não podem apenas beneficiar as fontes de raios-X existentes, mas, em particular, eles podem se tornar um componente-chave dos lasers de raios-X de próxima geração e fontes de luz síncrotron, "enfatiza Schroer." Focar os raios X até os limites teóricos não é apenas um pré-requisito para uma melhoria substancial em uma série de diferentes técnicas experimentais; também pode abrir caminho para métodos de investigação completamente novos. Os exemplos incluem o espalhamento não linear de partículas de luz por partículas de matéria, ou criando partículas de matéria a partir da interação de duas partículas de luz. Para esses métodos, os raios X precisam ser concentrados em um espaço minúsculo, o que significa que uma focalização eficiente é essencial. "