Ученым удалось сконструировать рентгеновский микроскоп нового типа, отличающийся высоким разрешением. Это позволит ученым более детально исследовать структуру материи и свойства материалов.

Работала над новым х-микроскопом Межнациональная команда исследователей из Университета Калифорнии в Лос-Анжелеса (University of California at Los Angeles), Австалийского Синхротрона (Australian Synchotron) и национальной лаборатории Аргонны, штат Иллинойс (Argonne National Laboratory in Illinois).

Дело в том, что повышать разрешение рентгеновской микроскопии можно почти до 0,1 нанометра, это связано с «граничным размером» длины волны рентгеновского излучения.

Этот почти атомный предел (0,1 нм – размер атома средних размеров) недостижим пока рентгеновским микроскопам. Но команде ученых удалось к нему приблизиться.

По сути дела, как объясняет Джанвей Миао (Jianwei Miao), это один из наиболее точных рентгеновских микроскопов на сегодняшний день. Он может не только давать изображения материала, но и его элементный состав. Атомная спектроскопия, например, может рассказать о составе исследуемого материала, но не о его структуре, представляя только спектр образца.

Естественно, для исследований материалов это не слишком удобно. Например, материалы с допированием (с микронными вкраплениями других материалов) как раз удобно исследовать, видя не только их атомарную структуру, но и разделение атомов по элементам.

Рис. 1. Принцип действия микроскопа

Микроскоп, изобретенный исследователями, использует технологию резонансной рентгеновской дифракции. И микроскоп нового типа не имеет линз, что снимает ограничение по глубине фокуса, вынуждающее использовать тонкие образцы.

Вместо линз микроскоп использует отверстие диаметром 10 микрон, пространственно выбирающее наиболее когерентную часть рентгеновского излучения с преобладающей длиной волны.

В первую очередь микроскоп дает два рентгеновских дифракционных изображения образца, один – до края полосы поглощения образца, другой – немного выше. Край полосы поглощения – это значение энергии, которую может поглотить материал без ответного излучения фотоэлектрона.

Разница между двумя дифракционными картинами дает возможность получить пространственное распределение элементов. А “карта” коэффициента рефракции образца поможет показать состав материала по элементам.

Ученые продемонстрировали работу на образце с вкраплениями висмута (Bi) на кремниевой подложке (Si). Атомы висмута втрое больше по размеру, чем атомы кремния, и это было отлично видно на изображениях, полученных после обработки данных микроскопом.

Цифровая камера микроскопа может хранить в памяти до тысячи изображений, поэтому ученые разработали эволюционный алгоритм, выбирающий только лучшие изображения для построения пространственного распределения элементов.

Новый микроскоп будет полезен не только ученым-материаловедам, но и в полупроводниковой промышленности, и при изучении процессов самосборки.

О своей работе ученые сообщили в свежем выпуске Physical Review Letters.

Свидиненко Юрий