Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schärfer sehen mit Röntgenlicht

18.06.2014

HZB-Physiker haben ein Verfahren entwickelt, mit Hilfe dessen zukünftig die Auflösung in der Röntgenmikroskopie deutlich erhöht und ein Vielfaches des Röntgenlichtes für die Abbildung genutzt werden kann. Sie erzeugen dafür eine dreidimensionale Röntgenoptik für Volumenbeugung, die aus übereinander gestapelten Fresnel-Zonenplatten besteht.

Diese dreidimensionalen Nanostrukturen fokussieren das einfallende Röntgenlicht wesentlich effizienter und ermöglichen die Auflösung auf unter 10 Nanometern zu verbessern. Solche neuartigen Röntgenoptiken sollen zukünftig auch den Nutzern an der Synchrotronquelle BESSY II zur Verfügung stehen.


Mit hoher Präzision sind drei Fresnel-Zonenplatten übereinander gestapelt.

S. Werner/HZB

Sie ermöglichen es, Strukturen in biologischen Proben noch präziser als bisher zu untersuchen, sind aber auch für die Forschung an Nanostrukturen wichtig, die zum Beispiel in neuen Batteriesystemen zum Einsatz kommen.

In der Mikroskopie begrenzt die Wellenlänge des Lichts die Auflösung. Sichtbares Licht kann Strukturen im Bereich von einem viertel Mikrometer voneinander trennen, während das deutlich kurzwelligere Röntgenlicht im Prinzip Strukturen bis in den Bereich von wenigen Nanometern auflösen kann.

Zudem dringt Röntgenlicht auch tiefer in die Proben ein, so dass auch eingebettete, innere Strukturen von dreidimensionalen Proben untersucht werden können. Doch während Licht im sichtbaren Bereich durch Brechungslinsen aus Glas gebündelt werden kann, gelingt dies mit weichem Röntgenlicht nicht.

Um Röntgenlicht für Abbildungen zu nutzen, arbeitet man daher mit so genannten Fresnel-Zonenplatten aus konzentrischen Ringen, die aus Metallen wie Nickel oder Gold bestehen. Dabei wird das Röntgenlicht durch die Ringstrukturen gebeugt, wobei sich die Beiträge der verschiedenen Zonen im Fokuspunkt konstruktiv überlagern.

So können Fresnel-Zonenplatten als Objektive Röntgenlicht fokussieren oder in Röntgenmikroskopen eingesetzt werden. Hierbei gibt die kleinste herstellbare Ringbreite die erzielbare Auflösung vor, die bislang bei etwa 10 Nanometern liegt.

Eine Steigerung der Auflösung auf unter 10 Nanometer wirft fundamentale physikalische wie auch technologische Probleme auf. Einerseits ist es technologisch extrem herausfordernd, quasi periodische Zonenstrukturen mit einer Ringbreite von weniger als 10 Nanometern und einer Strukturhöhe im Bereich einiger 100 Nanometern herzustellen.

Andererseits zeigen theoretische Berechnungen, dass solche Optiken mit abnehmender Ringbreite zunehmend ineffizient wären und schlicht zu wenig Licht sammeln würden. Dieses Dilemma kann mit Hilfe der „Volumenbeugung“ gelöst werden: Diese erfordert jedoch Zonenstrukturen mit radial wachsenden Kippwinkeln und abnehmenden Zonen-Höhen, d.h. eine dreidimensional strukturierte Röntgenoptik.

„Theoretisch könnte so fast 100 Prozent des einfallenden Lichts für die Abbildung genutzt werden“, erklärt Dr. Stephan Werner von der Arbeitsgruppe Mikroskopie am HZB-Institut für Weiche Materie und Funktionale Materialien.

Um eine dreidimensionale Röntgenoptik zu erzeugen, haben die HZB-Experten nun drei Fresnel-Zonenplatten nahezu perfekt übereinander positioniert. „Wir haben ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, Schichten aus Fresnel-Zonenplatten mit einer Präzision von weniger als zwei Nanometern übereinander zu positionieren“, sagt Dr. Gerd Schneider, der die Arbeitsgruppe Mikroskopie leitet.

Die ersten Messungen zeigen, dass schon diese Strukturen deutlich mehr Licht für die Abbildung nutzen als konventionelle Fresnel-Zonenplatten. „Wenn es uns demnächst gelingt, fünf Zonenplatten aufeinander zu positionieren, wird ein Vielfaches des bisher genutzten Röntgenlichts für die Abbildung verwendet“, sagt Werner.

Im Fachjournal Nano Research berichtet das HZB-Team über die Entwicklung der neuartigen Röntgenoptik. Demnächst können auch die Nutzer an BESSY II von diesem Fortschritt profitieren. Denn die Röntgenmikroskopie ist eine wichtige Methode für ganz unterschiedliche Fragestellungen, zum Beispiel in den Lebenswissenschaften, um Zellorganellen, Viren oder Nanopartikel innerhalb von Zellen zu untersuchen, aber auch in der Material- und Energieforschung, zum Beispiel, um Prozesse in neuartigen elektrochemischen Energiespeichern in situ abzubilden.

Sie finden die Arbeit im Fachjournal Nano Research 2014, 7(4): 528–535
DOI 10.1007/s12274-014-0419-x

Pressekontakt:
Dr. Antonia Rötger
Pressestelle
Helmholtz-Zentrum Berlin
Tel.: 030-806243733
antonia.roetger@helmholtz-berlin.de

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Speicherdauer von Qubits für Quantencomputer weiter verbessert
09.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Elektronenautobahn im Kristall
09.12.2016 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie