Forskare från Max Born Institute (MBI) har utvecklat det första brytningsobjektivet som fokuserar extrema ultravioletta strålar. Istället för att använda en glaslins, som är otransparent i den extrema ultravioletta regionen, forskarna har visat en lins som bildas av en atomstråle. Resultaten, som ger nya möjligheter för avbildning av biologiska prover på de kortaste tidsperioderna, publicerades i Natur .

En trädstam delvis nedsänkt i vatten verkar vara böjd. I hundratals år har människor vetat att detta orsakas av brytning, dvs ljuset ändrar sin riktning när det färdas från ett medium (vatten) till ett annat (luft) i en vinkel. Refraktion är också den bakomliggande fysiska principen bakom linser som spelar en oumbärlig roll i vardagen:De är en del av det mänskliga ögat, de används som glasögon, kontaktlinser, som kameramål och för styrning av laserstrålar.

Efter upptäckten av nya områden i det elektromagnetiska spektrumet som ultraviolett (UV) och röntgenstrålning, brytningslinser utvecklades som är speciellt anpassade till dessa spektrala områden. Elektromagnetisk strålning i den extrema ultravioletta (XUV) regionen är, dock, något speciellt. Det upptar våglängdsområdet mellan UV- och röntgendomänerna, men till skillnad från de två senare typerna av strålning, den kan bara färdas i vakuum eller starkt förtärnade gaser. Nuförtiden används XUV-strålar i stor utsträckning i halvledarlitografi såväl som i grundforskning för att förstå och kontrollera materiens struktur och dynamik. De möjliggör generering av de kortaste människoljade ljuspulserna med attosekundslängd (en attosekund är en miljarddel av en miljarddel av en sekund). Dock, trots det stora antalet XUV-källor och applikationer, inga XUV-linser har funnits hittills. Anledningen är att XUV -strålning absorberas starkt av fast eller flytande material och helt enkelt inte kan passera genom konventionella linser.

För att fokusera XUV-strålar, ett team av MBI -forskare har tagit ett annat tillvägagångssätt:De ersatte en glaslins med den som bildades av en atomstråle av en ädelgas, helium. Denna lins drar nytta av den höga överföringen av helium i XUV-spektralområdet och kan samtidigt kontrolleras exakt genom att ändra gasens densitet i strålen. Detta är viktigt för att justera brännvidden och minimera fläckstorleken på de fokuserade XUV -strålarna.

I jämförelse med böjda speglar som ofta används för att fokusera XUV -strålning, dessa gasformiga refraktiva linser har ett antal fördelar:En "ny" lins genereras ständigt genom flödet av atomer i strålen, vilket innebär att problem med skadestånd undviks. Vidare, en gaslins resulterar i praktiskt taget ingen förlust av XUV -strålning jämfört med en typisk spegel. "Det här är en stor förbättring, eftersom genereringen av XUV-strålar är komplex och ofta mycket dyr, "Dr Bernd Schuette, MBI -forskare och motsvarande författare till publikationen, förklarar.

I arbetet har forskarna ytterligare visat att en atomstråle kan fungera som ett prisma som bryter XUV-strålningen i dess spektrala komponenter. Detta kan jämföras med observationen av en regnbåge, ett resultat av att solljuset bryts upp i dess spektrala färger av vattendroppar, förutom att "färgerna" på XUV -ljuset inte är synliga för ett mänskligt öga.

Utvecklingen av gasfaslinserna och prismerna i XUV-regionen gör det möjligt att överföra optiska tekniker som är baserade på brytning och som ofta används i den synliga och infraröda delen av det elektromagnetiska spektrumet, till XUV -domänen. Gaslinser kan t.ex. utnyttjas för att utveckla ett XUV -mikroskop eller för att fokusera XUV -strålar till nanometerfläckstorlekar. Detta kan tillämpas i framtiden, till exempel, att observera strukturella förändringar av biomolekyler på de kortaste tidsperioderna.