„Microscopy Today“ Innovation Award für neuartige Röntgenlinsen
Hohe numerische Apertur und scharfer Fokus ermöglichen Mikroskopie mit Rekordauflösung
Für eine neuartige Röntgenlinse mit zuvor unerreichten Eigenschaften hat ein Forschungsteam um DESY-Gruppenleiterin Saša Bajt den Innovation Award 2018 der Fachzeitschrift „Microscopy Today“ bekommen. Die "High Numerical Aperture, High Efficiency X-ray lenses" des Teams wurden als eine der zehn besten Mikroskopie-Innovationen des vergangenen Jahres bewertet. Der Preis wurde am Mittwoch auf der Konferenz Microscopy & Microanalysis 2018 im US-amerikanischen Baltimore verliehen. „Microscopy Today“ ist das offizielle Magazin der Microscopy Society of America (MSA). Die ausgezeichneten Teammitglieder sind Saša Bajt (DESY), Andrzej Andrejczuk (Universität Bialystok, Polen), Sabrina Bolmer (DESY), Henry Chapman (DESY und Universität Hamburg), Andrew Morgan (DESY) und Mauro Prasciolu (DESY).
Die durchdringende Natur harter Röntgenstrahlen und ihre kurzen Wellenlängen unter etwa 0,1 Nanometer (millionstel Millimeter) erlauben die Abbildung von Objekten wie etwa biologischen Zellen bei Auflösungen jenseits der des sichtbaren Lichts und ohne die Proben wie bei der Elektronenmikroskopie schneiden oder ausdünnen zu müssen. Dieselben Eigenschaften von Röntgenstrahlen machen es jedoch auch schwierig, sie zu fokussieren. Eine Möglichkeit sind spezialisierte Röntgenoptiken zu verwenden, die Multilayer-Laue-Linsen (MLLs) genannt werden. Diese Linsen bestehen aus alternierenden Schichten aus zwei verschiedenen Materialien mit Nanometerdicke. Im Gegensatz zu herkömmlichen Optiken brechen MLLs das Licht nicht, sondern beugen die einfallenden Röntgenstrahlen so, dass sie auf einen kleinen Punkt konzentriert werden. Um dies zu erreichen, muss die Schichtdicke der Materialien genau kontrolliert werden: Schichtdicke und -ausrichtung müssen sich durch die gesamte Linse kontinuierlich ändern.
Bajts Forscherteam gelangen mehrere Innovationen im Herstellungsprozess, wodurch sich eine hohe Effizienz der Linsen erreichen und die numerische Apertur (NA) weit über das bisher Mögliche steigern ließ, so dass eine Abbildung bei räumlichen Auflösungen unter 10 Nanometern mit einer Effizienz von mehr als 80 Prozent ermöglicht wurden. Die neuen Linsen bestehen aus über 10.000 alternierenden Schichten einer neuen Materialkombination, Wolframkarbid und Siliziumkarbid. Um einen Röntgenstrahl in vertikaler und horizontaler Richtung zu fokussieren, muss er zwei senkrecht orientierte Linsen passieren. Unter Verwendung dieses Aufbaus wurde ein Fokus von 8,4 Nanometer mal 6,8 Nanometer gemessen. Die Auflösung der neuen Linsen ist etwa fünfmal besser als mit herkömmlichen Linsen erreichbar.
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