p Os físicos do HZB desenvolveram um processo para gerar lentes aprimoradas para microscopia de raios-X que fornecem melhor resolução e maior rendimento. Para conseguir isso, eles fabricam ópticas de raios-X tridimensionais para difração de volume que consistem em placas de zona Fresnel empilhadas no chip. Essas nanoestruturas tridimensionais focalizam os raios X incidentes com muito mais eficiência e permitem uma resolução espacial aprimorada abaixo de dez nanômetros. p No futuro, esse tipo de nova ótica de raios-X deve estar disponível para usuários na fonte síncrotron BESSY II. Entre muitas aplicações, a resolução melhorada permite investigações sobre características ultraestruturais em espécimes biológicos, bem como estudos sobre nanoestruturas em novos sistemas de bateria.

p O comprimento de onda da luz limita a resolução na microscopia. A luz visível pode resolver estruturas da ordem de um quarto de mícron, enquanto o comprimento de onda consideravelmente mais curto dos raios X pode, em princípio, resolver recursos em poucos nanômetros. Além disso, Os raios X também podem penetrar mais profundamente nas amostras, para que as estruturas internas de espécimes tridimensionais possam ser investigadas. Contudo, embora a luz na região visível possa ser focada usando lentes refrativas feitas de vidro, esta abordagem não funciona com raios-X moles. A fim de utilizar raios-X para imagens, é necessário usar placas de zona de Fresnel, que são feitos de anéis concêntricos compostos de metais como níquel ou ouro. Esses anéis de metal difratam os raios-X, de modo que as contribuições das diferentes zonas são sobrepostas construtivamente no ponto focal. O resultado é que as placas de zona de Fresnel atuam como lentes objetivas para focalizar os raios-X e podem ser empregadas em microscópios de raios-X. A resolução espacial alcançável depende da menor largura de anel que pode ser fabricada, que até agora tem sido cerca de dez nanômetros.

p Uma melhoria da resolução espacial abaixo de dez nanômetros apresenta problemas tanto tecnológicos quanto físicos fundamentais. Por um lado, é tecnologicamente extremamente desafiador fabricar estruturas de zona periódica com uma largura de anel de menos de dez nanômetros e uma altura de algumas centenas de nanômetros. Por outro lado, cálculos teóricos indicam que esses tipos de óptica com largura de anel decrescente seriam cada vez mais ineficientes e simplesmente coletariam muito pouca luz. Esse dilema pode ser resolvido com a ajuda da difração de volume. Contudo, a abordagem requer recursos de zona que têm simultaneamente um ângulo de inclinação crescente e uma altura de zona decrescente versus raio, isto é, óptica de raios-X tridimensional estruturada. "Teoricamente, no entanto, quase 100 por cento da luz incidente poderia ser utilizada para a imagem, "explica o Dr. Stephan Werner do Grupo de Pesquisa em Microscopia do Instituto HZB de Matéria Mole e Materiais Funcionais.

p Em uma primeira etapa em direção à óptica de raios-X tridimensional, os especialistas da HZB fabricaram três camadas de placas de zona de Fresnel quase perfeitamente uma sobre a outra. "Desenvolvemos um processo que permite o empilhamento no chip de placas de zona de Fresnel com uma precisão de menos de dois nanômetros, "diz o Dr. Gerd Schneider, que chefia o Grupo de Pesquisa em Microscopia. As medições iniciais demonstram que esta estrutura captura consideravelmente mais luz para geração de imagens do que as placas convencionais de zona de Fresnel. "Se tivermos sucesso em posicionar cinco camadas de placa de zona acima uma da outra, qual é o nosso próximo objetivo, poderemos utilizar uma fração muitas vezes maior da luz incidente de raios-X para imagens do que está disponível até agora, "diz Werner.

p A equipe do HZB está relatando o desenvolvimento da nova ótica de raios-X na revista técnica Nano Research . Em breve, os usuários do BESSY II também poderão lucrar com esse avanço. A microscopia de raios X é uma técnica importante para uma ampla gama de tópicos de pesquisa, por exemplo, nas ciências da vida para investigar organelas celulares, vírus, e nanopartículas dentro das células, bem como para ciência de materiais e pesquisa de energia para estudar novas abordagens de armazenamento de energia eletroquímica in situ.