Fig. 1 Esquema do novo método, com base em manchas de dispersão coerente. Crédito:Universidade de Osaka
Imagine fazer filmes dos processos químicos mais rápidos, ou imagens de detalhes em escala atômica de partículas de vírus individuais sem danificá-las. Pesquisadores do Japão avançaram no estado da arte em tais empreendimentos, aumentando a utilidade de um laser especial de raios-X para medições em escala nanométrica.
Em um estudo publicado recentemente em Journal of Synchrotron Radiation , pesquisadores da Universidade de Osaka, em colaboração com RIKEN e Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), reduziram o diâmetro do feixe em um laser de elétrons livres de raios-X para 6 nanômetros de largura. Isso melhora consideravelmente a utilidade desses lasers para criar imagens de estruturas mais próximas do nível atômico do que era possível em trabalhos anteriores.
Para "ver" objetos extremamente pequenos e invisíveis, e observar processos químicos ultrarrápidos, os pesquisadores geralmente usam instalações de raios-X síncrotron. Os lasers de elétrons livres de raios-X são uma alternativa que pode, em princípio, imagens de detalhes em escala atômica, por exemplo, uma partícula de vírus, na escala de tempo de uma transição de elétrons, sem danificar a partícula. Para fazer isso, você precisa de um laser de raios-X incrivelmente brilhante que concentre pulsos de laser extremamente rápidos na escala nanométrica.
"Usando espelhos de focagem multicamadas, reduzimos a largura do nosso feixe de laser a um diâmetro de 6 nanômetros, "diz o autor principal do estudo Takato Inoue." Este não é bem o diâmetro de um átomo típico, mas estamos fazendo um bom progresso. "
Fig. 2 Relação entre formas pontilhadas e formas de feixe distorcidas por desalinhamentos de espelho. Meio:barra de escala, 50 nm. Parte inferior:barra de escala, 0,5 nm-1. Reimpresso com modificações do papel original correspondente. Crédito:Universidade de Osaka
Fig. 3 Comparação dos padrões de manchas (à esquerda, barra de escala =0,06 nm − 1), e uma comparação da forma pontilhada calculada (direita), antes e depois do alinhamento preciso do espelho. Reimpresso com modificações do papel original correspondente. Crédito:Universidade de Osaka
Até agora, tem sido difícil focalizar lasers de elétrons livres de raios-X em diâmetros tão pequenos. Isso se deve aos desafios de fabricar os espelhos necessários, e confirmando o tamanho do foco dos lasers. A equipe de pesquisadores abordou o problema de foco, analisando a forma dos padrões de interferência do laser, conhecidos como perfis speckle.
"Geramos perfis de manchas por espalhamento coerente de raios-X de nanopartículas de metal distribuídas aleatoriamente, "explica Satoshi Matsuyama, autor sênior. "Isso permitiu medições experimentais do perfil do feixe de laser, que estavam de acordo com os cálculos teóricos. "
Como o diâmetro do feixe de laser pode ser medido com tanta precisão, mais avanços são agora viáveis. Por exemplo, usando átomos para a análise de espalhamento, As medições de laser de elétrons livres de raios-X podem ser melhoradas para um foco de 1 nanômetro.
Os pesquisadores prevêem que os lasers de intensidade extremamente alta, mais de um milhão de trilhões de vezes mais brilhante que o Sol, agora será útil para a geração de imagens de processos moleculares ultrarrápidos - em detalhes em escala atômica - que estão além das capacidades dos síncrotrons mais avançados. Com essa tecnologia, moléculas de proteínas e outras pequenas entidades biológicas importantes podem ser visualizadas sem danificá-las sob a estratégia de "difração antes da destruição, "usando um único pulso de laser.
