Um laser de elétrons livres de raios-X (XFEL) é um raio-X produzido por um feixe de elétrons livres que foram acelerados quase até a velocidade da luz. Os XFELs produzem feixes de laser com intensidade de potência de pico excessivamente alta, o que os torna atraentes para aplicações em pesquisa fundamental, como óptica não linear de raios-X e determinação da estrutura cristalina da proteína, e também na medicina. É importante focar com precisão os feixes XFEL para obter alto desempenho. Lasers são normalmente focados usando espelhos de reflexão total; Contudo, os espelhos convencionais são inadequados para a formação de feixes de raios-X abaixo de 10 nm porque tais espelhos não podem fornecer a grande abertura numérica necessária. Para superar essa limitação, Os feixes de raios-X podem ser focalizados usando espelhos multicamadas. Infelizmente, é difícil fabricar tais espelhos multicamadas porque é necessária uma precisão de fabricação muito alta.

Uma colaboração liderada pela Universidade de Osaka desenvolveu recentemente uma nova técnica para fabricar espelhos de focagem multicamadas ultraprecisos com uma precisão de forma de menos de 1 nm, que pode focar um feixe XFEL em um tamanho inferior a 10 nanômetros.

"Para alcançar um XFEL altamente focado, investigamos a determinação da frente de onda usando um interferômetro de grade única de raios-X e correção de forma direta dos espelhos de foco multicamadas por um método de deposição diferencial, "diz o autor principal Satoshi Matsuyama.

A equipe fabricou primeiro espelhos de focalização de multicamadas por pulverização catódica de platina e multicamadas de carbono. O processo de pulverização catódica foi controlado com precisão usando um estágio de varredura unidimensional e um computador. Os espelhos de múltiplas camadas fabricados foram montados em um sistema de focagem de feixe de dois estágios. A frente de onda de um feixe XFEL após passar pelo sistema de foco do feixe foi então medida usando um interferômetro de grade para determinar a aberração da frente de onda do ideal teórico causado pelo desvio da forma real do espelho do projeto pretendido.

A forma dos espelhos de focagem foi então corrigida por deposição diferencial. As frentes de onda antes e depois da correção de forma foram comparadas, que revelou que a correção melhorou com sucesso a qualidade dos espelhos multicamadas para fornecer um tamanho de feixe XFEL de menos de dez nanômetros.

"Antecipamos que os espelhos de focagem de multicamadas fabricados pela abordagem estabelecida neste trabalho estarão em breve disponíveis para uso em instalações de radiação síncrotron e XFEL, "diz o autor sênior Kazuto Yamauchi." Esses feixes altamente focados abrirão novas fronteiras na ciência de raios-X. "

Espera-se que a alta intensidade de XFEL alcançada usando os espelhos de focalização de multicamadas ultraprecisos desenvolvidos melhore o desempenho das análises de raio-X de última geração usando XFELs.