Röntgenstrålar gör det möjligt att utforska inuti människokroppar eller titta inuti föremål. Tekniken som används för att belysa detaljerna i mikroskopiskt små strukturer är densamma som används i bekanta situationer – som medicinsk bildbehandling på en klinik eller bagagekontroll på flygplatsen. Röntgenmikroskopi gör det möjligt för forskare att studera den tredimensionella strukturen hos material, organismer eller vävnader utan att skära och skada provet. Tyvärr är prestandan för röntgenmikroskopi begränsad av svårigheterna att producera den perfekta linsen. Ett team från Institutet för röntgenfysik vid universitetet i Göttingen har nu visat att, trots tillverkningsbegränsningarna för linser, en mycket högre bildkvalitet och skärpa än någonsin tidigare kan uppnås med hjälp av ett speciellt experimentellt arrangemang och numerisk bildrekonstruktion nedströms :en algoritm kompenserar för bristerna i linserna. Resultaten publicerades i tidskriften Physical Review Letters .

Forskarna använde en lins bestående av fint strukturerade lager av några atomlager avsatta från koncentriska ringar på en tunn tråd. Linsen, med en diameter på mindre än en femtiondels millimeter, justerades sedan mellan objektet som skulle avbildas och en röntgenkamera i den extremt ljusa och fokuserade röntgenstrålen vid den tyska elektronsynkrotronen (DESY) i Hamburg .

På kameran fick forskarna tre olika typer av signaler som tillsammans gav fullständig information om det okända föremålets struktur, även om föremålen absorberade lite eller ingen röntgenstrålning. Allt som återstod var att hitta en lämplig algoritm för att avkoda informationen och rekonstruera den till en skarp bild. För att denna lösning skulle fungera var det avgörande att exakt mäta själva linsen, vilket var långt ifrån perfekt, och att helt avstå från antagandet att det kunde vara idealiskt. I sin första ansökan undersökte forskarna halvledarnanotrådar, som är av särskilt intresse som nya material för till exempel solceller.

"Det var bara genom kombinationen av linser och numerisk bildrekonstruktion som vi kunde uppnå den höga bildkvaliteten", förklarar första författaren Dr. Jakob Soltau.

"Det är så vi kompenserar för det faktum att det är omöjligt att producera röntgenlinser med den finstruktur och kvalitet som krävs", tillägger Dr Markus Osterhoff.

"På grund av dessa svårigheter hade många forskare redan vänt sig bort från att använda röntgenmikroskopi med linser och istället försökt ersätta linserna helt med algoritmer. Men genom att använda både linser och algoritmer tillsammans kombinerar vårt tillvägagångssätt nu det bästa av båda världar", avslutar professor Tim Salditt.

En särskild fördel med den nya metoden är att föremålet inte behöver skannas, vilket innebär att mycket snabba mikroskopiska processer i material också kan "filmas" i rörelse. Sådana experiment är planerade som nästa steg vid DESY och vid den europeiska röntgenlasern XFEL i Hamburg. + Utforska vidare

En ny metod för att bilda en lins för elektronmikroskop med atomupplösning