Anzeige
Recent breakthroughs by their team at JILA, a joint institute of CU-Boulder and the National Institute of Standards and Technology, have paved the way on how to build a tabletop X-ray laser that could be used for super high-resolution imaging, while also giving scientists a new way to peer into a single cell and gain a better understanding of the nanoworld.
Both of these feats could lead to major breakthroughs in many fields including medicine, biology and nanotechnology development.
"Our goal is to create a laser beam that contains a broad range of X-ray wavelengths all at once that can be focused both in time and space," Murnane said. "If we have this source of coherent light that spans a huge region of the electromagnetic spectrum, we would be able to make the highest resolution light-based tabletop microscope in existence that could capture images in 3-D and tell us exactly what we are looking at. We're very close."
Murnane and Kapteyn presented highlights of their research today at the American Association for the Advancement of Science, or AAAS, annual meeting in San Diego, during a panel discussion about the history and future of laser technology titled "Next Generation of Extreme Optical Tools and Applications."
Most of today's X-ray lasers require so much power that they rely on fusion laser facilities the size of football stadiums or larger, making their use impractical. Murnane and Kapteyn generate coherent laser-like X-ray beams by using an intense femtosecond laser and combining hundreds or thousands of visible photons together. And the key is they are doing it with a desktop-size system.
They can already generate laser-like X-ray beams in the soft X-ray region and believe they have discovered how to extend the process all the way into the hard X-ray region of the electromagnetic spectrum.
"If we can do this, it could lead to all kinds of possibilities," Kapteyn said. "It might make it possible to improve X-ray imaging resolution at your doctor's office by a thousand times. The X-rays we get in the hospital now are limited. For example, they can't detect really small cancers because the X-ray source in your doctor's office is more like a light bulb, not a laser. If you had a bright, focused laser-like X-ray beam, you could image with far higher resolution."
Their method can be thought of as a coherent version of the X-ray tube, according to Murnane. In an X-ray tube, an electron is boiled off a filament, then it is accelerated in an electric field before hitting a solid target, where the kinetic energy of the electron is converted into incoherent X-rays. These incoherent X-rays are like the incoherent light from a light bulb or flashlight -- they aren't very focused.
In the tabletop setup, instead of boiling an electron from a filament, they pluck part of the quantum wave function of an electron from an atom using a very intense laser pulse. The electron is then accelerated and slammed back into the ion, releasing its energy as an X-ray photon. Since the laser field controls the motion of the electron, the X-rays emitted can retain the coherence properties of a laser, Murnane said.
Being able to build a tabletop X-ray laser is just the beginning, said Kapteyn.
"An analogy that is pretty close to what is going on in this field is the MRI, which started as just a fundamental investigation," said Kapteyn. "People then started using it for microscopy, and then it progressed into a medical diagnostic technique."
Murnane and Kapteyn were recently recognized with the American Physical Society's Arthur L. Schawlow Prize in Laser Science for "pioneering work in the area of ultra-fast laser science, including development of ultra-fast optical and coherent soft X-ray sources." The prize, which was endowed by NEC Corporation in 1991, recognizes "outstanding contributions to basic research which uses lasers to advance our knowledge of the fundamental physical properties of materials and their interaction with light." Nobel laureates and CU-Boulder physics Professors Carl E. Wieman (1999) and John L. Hall (1993) also have won the award.
For more information about Murnane and Kapteyn's work visit their research group page at http://jila.colorado.edu/kmgroup/home.html.
Margaret Murnane | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.colorado.edu
Weitere Berichte zu: electromagnetic spectrum > Science TV > X-ray beam > X-ray microscopy > X-ray source > X-ray tube > X-rays
NASA's Chandra finds Milky Way's black hole grazing on asteroids
09.02.2012 | Chandra X-ray Center
New images capture 'stealth merger' of dwarf galaxies
09.02.2012 | University of California - Santa Cruz
Erstmals gezeigt, dass Atomkerne transparent werden
Einem Team von DESY-Wissenschaftlern um Dr. Ralf Röhlsberger gelang es an der hochbrillanten Synchrotronlichtquelle PETRA III, Atomkerne mit Hilfe von Röntgenlicht transparent zu machen. Sie entdeckten dabei gleichzeitig ein neues Prinzip, um einen optisch gesteuerten Schalter für Licht herzustellen, also Licht mit Licht zu beeinflussen, ein wichtiger Baustein auf dem ...
Wissenschaftler beobachten, wie Oxytocin zentrale Schaltstellen im Gehirn erreicht und das Verhalten beeinflusst
Kuschelhormon, Treuehormon, Angstlöser – häufig gebrauchte Schlagwörter für das Neuropeptid Oxytocin, das sich in den letzten Jahren als ein Stoff erwiesen hat, der unser Verhalten in zentralen Regionen des Gehirns positiv beeinflussen kann. Was jedoch bisher völlig unklar war: Wie gelangt dieser Botenstoff aus dem Hypothalamus in die Hirnbereiche, die ...
Ein neuartiger Biopolymer-Film aus Lachs-DNA mit Silber-Nanopartikeln speichert Informationen kostengünstig und umweltverträglich.
Entstanden ist das organische System in fächer- und länderübergreifender Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des DFG-Centers for Functional Nanostructures (CFN) am KIT und des Institute of Photonics Technologies an der National Tsing Hua University in Taiwan. Der DNA-Datenspeicher eignet sich unter anderem für biotechnische Anwendungen, etwa als Bauteil in Biosensoren.
Das System ...
Bildveröffentlichung der Europäischen Südsternwarte (Garching) - Mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO haben das bislang detailreichste Infrarotbild der Sternkinderstube des Carinanebels aufgenommen. Es zeigt vor dem spektakulären Hintergrund einer himmlischen Landschaft auf Gas, Staub und jungen Sterne zahlreiche nie gesehene Details und zählt zu den atemberaubendsten VLT-Bildern überhaupt.
Im Herzen der südlichen Milchstraße, im Sternbild Carina (Der Schiffskiel, [1]), befindet sich in einer Entfernung von etwa 7500 Lichtjahren die Sternkinderstube des Carinanebels. Diese ausgedehnte Wolke aus leuchtendem Gas und Staub ist von der Erde aus gesehen eine der nächstgelegenen Geburtsstätten massereicher Sterne.
Der Nebel beinhaltet einige der hellsten und ...
Auf der embedded world identifizieren Wissenschaftler der Fraunhofer ESK Lücken im Funkspektrum, um diese für zusätzliche Übertragungen zu nutzen.
Der in Halle 5, Stand 5-228, vorgestellte Prototyp zeigt das Funkspektrum in einem 3D-Spektrogramm, markiert die prognostizierten Lücken und prüft deren Eintreffen. Diese Methode, Cognitive Radio, verbessert die Übertragungsqualität in einem bereits vollen Funkspektrum ohne aufwändiges, statisches Koexistenzmanagement. Ziel ist eine höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Funk für die Automatisierung.
...
Anzeige
Anzeige

Kaltwasserkorallen als Anpassungskünstler?
09.02.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz
Wandel der Hochschulbildung in Deutschland und Professionalisierung
09.02.2012 | Studien Analysen
Ocean warming causes elephant seals to dive deeper
09.02.2012 | Biowissenschaften Chemie
7. Mannheimer Arbeitsrechtstag am 14. März mit Experten aus Theorie und Praxis
09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten
International Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging
09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Teams aus neun Ländern treffen sich an der Leibniz Universität zum 6th Hanover PreMoot
09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten