Novo espelho que pode ser moldado de forma flexível melhora os microscópios de raios X
Um novo tipo de espelho deformável para microscópio de raios X, que alcançou alta resolução de imagem por correção de frente de onda. Crédito:Laboratório Matsuyama, Universidade de Nagoya Uma equipe de pesquisadores no Japão projetou um espelho para raios X que pode ser moldado de forma flexível, resultando em notável precisão no nível atômico e maior estabilidade.
A nova tecnologia desenvolvida por Satoshi Matsuyama e Takato Inoue na Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Nagoya, em colaboração com RIKEN e JTEC Corporation, melhora o desempenho de microscópios de raios X e outras tecnologias que utilizam espelhos de raios X. Os resultados foram publicados na revista Optica .
Um microscópio de raios X é uma ferramenta de imagem avançada que preenche a lacuna entre a microscopia eletrônica e a microscopia óptica. Ele usa raios X, que podem fornecer melhor resolução do que a luz e penetrar em amostras muito espessas para os elétrons penetrarem. Isto permite a geração de imagens de estruturas que são difíceis de ver com outras técnicas de microscopia.
Os microscópios de raios X têm alta resolução, o que os torna especialmente valiosos em áreas como ciência dos materiais e biologia, porque podem observar a composição, o estado químico e a estrutura dentro de uma amostra.
Os espelhos desempenham um papel vital nos microscópios de raios X. Eles refletem feixes de raios X, permitindo imagens de alta resolução de estruturas complexas. Imagens de alta qualidade e medições precisas são uma necessidade, especialmente em campos científicos de última geração, como inspeções de catalisadores e baterias.
No entanto, o pequeno comprimento de onda dos raios X os torna vulneráveis à distorção causada por pequenas falhas de fabricação e influências ambientais. Isso cria aberrações na frente de onda que podem limitar a resolução da imagem. Matsuyama e seus colaboradores resolveram esse problema criando um espelho que pode se deformar, ajustando seu formato de acordo com a frente de onda dos raios X detectada.
Imagens microscópicas de raios X mostrando a maior resolução usando o novo espelho deformável. A esquerda e a direita foram obtidas antes e depois da correção de forma, respectivamente. Crédito:Laboratório Matsuyama, Universidade de Nagoya
Para otimizar seu espelho, os pesquisadores analisaram materiais piezoelétricos. Esses materiais são úteis porque podem deformar-se ou mudar de forma quando um campo elétrico é aplicado. Isso permite que o material se remodele para responder até mesmo a pequenas aberrações na onda detectada.
Depois de considerar vários compostos, os pesquisadores escolheram um único cristal de niobato de lítio como espelho de forma mutável. O niobato de lítio monocristalino é útil na tecnologia de raios X porque pode ser expandido e contraído por um campo elétrico e polido para formar uma superfície altamente reflexiva. Isso permite que ele sirva tanto como atuador quanto como superfície reflexiva, simplificando o dispositivo.
"Os espelhos deformáveis de raios X convencionais são feitos pela ligação de um substrato de vidro e uma placa PZT. No entanto, a união de materiais diferentes não é ideal e resulta em instabilidade", disse Matsuyama.
"Para superar esse problema, empregamos um material piezoelétrico de cristal único, que oferece estabilidade excepcional por ser feito de um material uniforme e sem ligação. Devido a essa estrutura simples, o espelho pode ser deformado livremente com precisão atômica. Além disso, essa precisão foi mantida durante sete horas, confirmando a sua estabilidade extremamente elevada."
Quando testaram seu novo dispositivo, a equipe de Matsuyama descobriu que seu microscópio de raios X superou as expectativas. Sua alta resolução o torna especialmente adequado para observar objetos microscópicos, como componentes de dispositivos semicondutores.
Em comparação com a resolução espacial da microscopia de raios X convencional (normalmente 100 nm), sua técnica tem potencial para desenvolver um microscópio que forneça uma resolução cerca de 10 vezes melhor (10 nm) porque a correção da aberração o aproxima da resolução ideal.
“Essa conquista promoverá o desenvolvimento de microscópios de raios X de alta resolução, que eram limitados pela precisão do processo de fabricação”, disse Matsuyama.
"Esses espelhos podem ser aplicados a outros aparelhos de raios X, como dispositivos de litografia, telescópios, tomografia computadorizada em diagnósticos médicos e formação de nanofeixes de raios X."
