Pesquisadores da Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), o Instituto Paul Scherrer na Suíça e outras instituições em Paris, Hamburgo e Basileia, conseguiram estabelecer um novo recorde em microscopia de raios-X. Com lentes difrativas aprimoradas e posicionamento de amostra mais preciso, eles foram capazes de alcançar resolução espacial na escala nanométrica de um dígito. Esta nova dimensão na imagem direta pode fornecer impulsos significativos para a pesquisa em nanoestruturas e avançar ainda mais no desenvolvimento de células solares e novos tipos de armazenamento de dados magnéticos. As descobertas já foram publicadas na renomada revista Optica com o título "Microscopia de raios-X suave com resolução de 7 nm".

Microscopia de raios-X suave, que usa raios-X de baixa energia é usado para investigar as propriedades dos materiais em nanoescala. Essa tecnologia pode ser usada para determinar a estrutura de filmes orgânicos que desempenham um papel importante no desenvolvimento de células solares e baterias. Também permite que processos químicos ou reações catalíticas de partículas sejam observados. O método permite a investigação da chamada dinâmica de spin. Os elétrons não podem apenas transportar carga elétrica, mas também tem uma direção interna de rotação, que poderia ser usado para novos tipos de armazenamento de dados magnéticos.

Para melhorar a pesquisa sobre esses processos no futuro, os pesquisadores precisam ser capazes de 'ampliar' a escala nanométrica de um dígito. Isso é teoricamente possível com raios-X moles, mas até agora só foi possível alcançar resolução espacial abaixo de 10 nanômetros usando métodos de imagem indireta que requerem reconstrução subsequente. "Para processos dinâmicos, como reações químicas ou interação de partículas magnéticas, precisamos ser capazes de ver as estruturas diretamente, "explica o Prof. Dr. Rainer Fink da cadeira de Química Física II da FAU." A microscopia de raios X é especialmente adequada para isso, pois pode ser usada de forma mais flexível em ambientes magnéticos do que a microscopia eletrônica, por exemplo."

Focagem e calibração aprimoradas

Trabalhando com o Instituto Paul Scherrer e outras instituições em Paris, Hamburgo, e Basel, os pesquisadores agora quebraram um novo recorde em microscopia de raios-X, pois conseguiram alcançar uma resolução recorde de 7 nanômetros em vários experimentos diferentes. Este sucesso não se baseia principalmente em fontes mais poderosas de raios-X, mas em melhorar o foco dos raios usando lentes difrativas e uma calibração mais precisa das amostras de teste. "Otimizamos o tamanho da estrutura das placas da zona de Fresnel, que são usadas para focalizar os raios-X, "explica Rainer Fink." Além disso, fomos capazes de posicionar as amostras no dispositivo com uma precisão muito maior e reproduzir essa precisão. “É precisamente esse posicionamento limitado e a estabilidade do sistema como um todo que impediram melhorias na resolução na imagem direta até agora.

Notavelmente, esta resolução de registro não foi alcançada apenas com estruturas de teste especialmente projetadas, mas também em aplicações práticas. Por exemplo, os pesquisadores estudaram a orientação do campo magnético de partículas de ferro medindo 5 a 20 nanômetros com sua nova ótica. O Prof. Fink explica:"Presumimos que nossos resultados impulsionarão a pesquisa em materiais de energia e nanomagnetismo em particular. Os tamanhos de estrutura relevantes nestes campos estão frequentemente abaixo dos limites de resolução atuais."