Один оптичний елемент поєднав рентгенівське зображення та спектроскопію
Міжнародна група дослідників уперше показала, що одна відбивна зонна пластинка може одночасно будувати зображення і знімати спектроскопічні карти, що спрощує складні рентгенівські експерименти.
Міжнародна дослідницька група з Німеччини, Швейцарії та Японії вперше експериментально довела, що один оптичний елемент, відбивна зонна пластинка (RZP), здатна одночасно виконувати візуалізацію в м'якому рентгенівському діапазоні та картографування методом резонансного непружного розсіювання (RIXS). Про це повідомляє Phys.org із посиланням на дослідження, опубліковане в журналі Optics Express. Роботу проводили на синхротроні PETRA III у Гамбурзі.
RZP є точною наноструктурованою відбивною оптикою, яка водночас фокусує та розкладає м'яке рентгенівське випромінювання за довжинами хвиль. Зазвичай для поєднання просторової інформації про зразок і даних про його електронну структуру потрібні кілька окремих компонентів і складна процедура їхнього налаштування. У новій роботі одна пластинка працює як універсальний елемент для відбивання, фокусування, побудови зображення та спектрального розкладання.
Щоб продемонструвати можливості візуалізації, команда використала тестові структури із зірками Сіменса та літерами «RIXS». Замість поточкового сканування зразок освітлювали вузькою рентгенівською лінією та покроково рухали крізь промінь, після чого окремі смуги зображення обчислювально зшивали в повну двовимірну картину. Метод розрізнив структури з просторовою роздільною здатністю приблизно 14-24 мкм, а для круглих об'єктів виявився приблизно в 27 разів швидшим за традиційне двовимірне поточкове сканування.
«Наші експерименти показують, що RZP може надавати і просторову, і спектроскопічну інформацію за допомогою компактної оптичної схеми, пояснив доктор Єнс Реганек., Це може зробити передові вимірювання в м'якому рентгенівському діапазоні ефективнішими та простішими в реалізації». Доктор Крістоф Брайг додав, що сильна дисперсія пластинки дає змогу вимірювати кілька спектроскопічних характеристик одночасно, причому як пружний, так і непружний сигнали реєструються в одній оптичній конфігурації.
Під час другої частини експерименту твердий зразок замінили на рідинний струмінь з ацетонітрилом, розчиненим в етанолі. Промінь, що падає містив просторово розподілений набір енергій фотонів, утворюючи «веселку» вздовж освітленої ділянки струменя. Це дало змогу записати двовимірну RIXS-карту «фотон на вході проти фотона на виході» без зміни геометрії експерименту. Вимірювання охопило енергії випроменених фотонів від 388,6 до 401,8 еВ і розрізнило характерні непружні, коливальні та пружні особливості поблизу K-краю азоту. Роздільна здатність становила близько 0,3 еВ, а повний набір даних зібрали приблизно за 220 секунд, що значно швидше за традиційні підходи.
За словами керівника дослідження Чжуна Іня з Університету Тохоку, метод відкриває компактний та ефективний шлях до спектромікроскопії в м'якому рентгенівському діапазоні та відкриває нові можливості для вивчення матерії на атомному рівні. Дослідники припускають, що концепцію можна буде застосувати для хімічного та елементного картографування, а також для роботи з лабораторними джерелами високих гармонік і рентгенівськими лазерами на вільних електронах.
Джерела
- Phys.org: Single optical element combines soft X-ray imaging and spectroscopy
Фото: Trnava University, Unsplash (Unsplash License)