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用于X射线的消色差透镜问世

有助微芯片等研发

稿件来源:科技日报 张佳欣 责任编辑:ICAC 发布时间:2022-03-15

  瑞士保罗谢勒研究所(PSI)的科学家开发了一种突破性的X射线消色差透镜。这使得X射线束即使具有不同的波长也可以准确地聚焦在一个点上。根据14日发表在《自然·通讯》上的论文,新透镜将使利用X射线研究纳米结构变得更加容易,特别有利于微芯片、电池和材料科学等领域的研发工作。

  要想在摄影和光学显微镜中产生清晰的图像,消色差透镜必不可少。它们可以确保不同颜色,即不同波长的光,能够清晰聚焦,从而消除模糊现象。

  直到现在才开发出一种用于X射线的消色差透镜,这一事实乍一看可能令人惊讶,毕竟可见光消色差透镜已经存在了200多年。它们通常由两种不同的材料组成。光线穿透第一种材料,分裂成光谱颜色,就像穿过传统的玻璃棱镜一样。然后,它通过第二种材料来逆转这种效果。在物理学中,分离不同波长的过程称为“色散”。

  然而,PSIX射线纳米科学与技术实验室X射线光学与应用研究组负责人、物理学家克里斯蒂安·大卫解释说:“这种适用于可见光范围的基本原理并不适用于X射线范围。”对于X射线来说,没有哪两种材料的光学性质在很大的波长范围内有足够的差异,从而使一种材料可以抵消另一种材料的影响。换句话说,X射线范围内材料的色散太相似了。

  此次,科学家没有在两种材料的组合中寻找答案,而是将两种不同的光学原理联系在一起。这项新研究的主要作者亚当·库贝克说:“诀窍是意识到我们可以在衍射镜前面放置第二个折射镜。”

  PSI用已有的纳米光刻技术来制造衍射镜,并用微米级的3D打印制造出折射结构,成功开发出用于X射线的消色差透镜,解决了上述问题。

  为了表征他们的消色差X射线透镜,科学家们在瑞士同步辐射光源使用了一条X射线光束线,还使用光刻技术来描述X射线光束,从而描述消色差透镜。这使得科学家们能够精确地探测到不同波长的X射线焦点的位置。

  他们还使用一种方法对新透镜进行了测试,这种方法将样品以小光栅步移过X射线束的焦点。当X射线束的波长改变时,用传统X射线透镜产生的图像变得非常模糊。然而,当使用新的消色差透镜时,这种情况就不会发生。

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