Röntgenmicroscopen worden vaak gebruikt in combinatie met full-field beeldvormingstechnieken in spectromicroscopietoepassingen, waar ze het mogelijk maken om de chemische structuren van materialen tegelijkertijd te analyseren en te visualiseren. Echter, de prestaties van deze microscopen worden vaak beïnvloed door problemen met chromatische aberraties - optische effecten die de resolutie of mate van fijnheid beperken waarmee beelden van de materiaalstructuren kunnen worden verkregen - en eerdere oplossingen voor het probleem bleken vaak moeilijk te vervaardigen en te implementeren. Een samenwerkingsteam onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Osaka heeft daarom een ​​optisch systeem ontwikkeld voor gebruik in full-field röntgenmicroscopen dat een meer praktische manier biedt om het probleem van chromatische aberratie te overwinnen.

"We hebben een optisch beeldsysteem ontwikkeld op basis van twee monolithische beeldspiegels, " zegt assistent-professor Satoshi Matsuyama van de Graduate School of Engineering van de Universiteit van Osaka. "Deze spiegels hebben elliptische en hyperbolische vormen op een enkel substraat, en het fixeren van de relatieve positionering tussen de ellips en de hyperbool kan zorgen voor een hoge beeldkwaliteit met blijvende stabiliteit." De fabricage van dit complexe spiegelsysteem betekende dat bestaande productieprocessen moesten worden aangepast, maar de voorgestelde spiegelstructuren werden geproduceerd met de vereiste vormen tot een nauwkeurigheid van ongeveer 1 nm.

Nadat de spiegelstructuur was gemonteerd met behulp van een speciaal ontwikkeld uitlijnsysteem, het werd geïmplementeerd in een full-field röntgenmicroscoopsysteem voor prestatietests in de SPring-8 synchrotron-stralingsfaciliteit. "De microscoop werd getest op zijn ruimtelijke resolutie, de aanwezigheid van chromatische aberraties, en stabiliteit op lange termijn met behulp van een fijn testpatroon genaamd een Siemens-ster en een fotonenergie van ongeveer 10 keV, ", legt professor Kazuto Yamauchi van het Centrum voor Ultra-Precisie Wetenschap en Technologie van de Universiteit van Osaka uit. "We waren in staat om kenmerken van 50 nm met hoge stabiliteit gedurende een periode van 20 uur duidelijk op te lossen zonder enige chromatische aberraties."

Het ontwikkelde systeem werd vervolgens toegepast in experimenten met fijne structuurspectromicroscopie met röntgenabsorptie, en identificeerde met succes zowel elementen als chemische toestanden in specimens van zink en wolfraam ter grootte van een micron. Hoewel het systeem zal worden onderworpen aan verder onderzoek om de prestaties tot aan de theoretische limiet te verbeteren, het is al veelbelovend voor gebruik in een breed scala aan toepassingen, inclusief ultrasnelle beeldvorming met röntgenstraling met hoge intensiteit en hoge resolutie full-field röntgenfluorescentiebeeldvorming. Deze spiegelstructuur kan ook in andere systemen worden toegepast, met mogelijke toepassingen zoals focusserings- en beeldvormingsoptiek voor synchrotronstraling, röntgenstralen en röntgenvrije elektronenlasers.