Door de intensiteit van röntgenstralen te kanaliseren, synchrotron-lichtbronnen kunnen de atomaire structuren van talloze materialen onthullen. Onderzoekers van over de hele wereld komen naar de National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - een Office of Science User Facility van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) in het Brookhaven National Laboratory van DOE - om alles te bestuderen, van eiwitten tot brandstofcellen. De ultraheldere röntgenstralen van de NSLS-II en de reeks geavanceerde karakteriseringstools maken de faciliteit tot een van de meest geavanceerde synchrotron-lichtbronnen ter wereld. Nutsvoorzieningen, NSLS-II heeft die mogelijkheden nog verder verbeterd.

Wetenschappers van NSLS-II's Hard X-ray Nanoprobe (HXN) bundellijn, een experimenteel station dat is ontworpen om een ​​toonaangevende resolutie te bieden voor röntgenbeeldvorming, hebben het vermogen van de bundellijn aangetoond om materialen tot 10 nanometer te observeren - ongeveer een tienduizendste van de diameter van een mensenhaar. Deze uitzonderlijk hoge ruimtelijke resolutie stelt wetenschappers in staat om afzonderlijke moleculen te "zien". Bovendien, HXN kan nu zijn hoge ruimtelijke resolutie combineren met multimodaal scannen - de mogelijkheid om tegelijkertijd meerdere afbeeldingen van verschillende materiaaleigenschappen vast te leggen. De prestatie wordt beschreven in het nummer van Nano Futures van 19 maart.

"Het kostte vele jaren van hard werken en samenwerken om een ​​bundellijn voor röntgenmicroscopie te ontwikkelen met zo'n hoge ruimtelijke resolutie, " zei Hanfei Yan, de hoofdauteur van het artikel en een wetenschapper bij HXN. “Om dit ambitieuze doel te realiseren, we moesten veel technische uitdagingen aangaan, zoals het verminderen van omgevingstrillingen, het ontwikkelen van effectieve karakteriseringsmethoden, en het perfectioneren van de optiek."

Een belangrijk onderdeel voor het succes van dit project was de ontwikkeling van een speciale focusseringsoptiek, een meerlaagse Laue-lens (MLL), een eendimensionaal kunstmatig kristal dat is ontworpen om röntgenstralen naar een enkel punt te buigen.

"Het duurde bijna 10 jaar om de MLL-optica precies te ontwikkelen om te voldoen aan de vereisten voor echte wetenschappelijke toepassingen, zei Nathalie Bouet, die het lab leidt bij NSLS-II waar de MLL's werden gefabriceerd. "Nutsvoorzieningen, we zijn er trots op deze lenzen voor gebruikerswetenschap te leveren."

De combinatie van multimodale beeldvorming met hoge resolutie is uniek, en maakt NSLS-II de eerste faciliteit die deze mogelijkheid in het bereik van harde röntgenstraling aan bezoekende wetenschappers biedt. De prestatie biedt een breed scala aan toepassingen. In hun recente krant wetenschappers van NSLS-II werkten samen met de University of Connecticut en Clemson University om een ​​op keramiek gebaseerd membraan te bestuderen voor toepassing van energieconversie. Met behulp van de nieuwe mogelijkheden bij HXN, de groep kon zich een opkomende materiële fase voorstellen die de prestaties van het membraan dicteert.

"We werken ook samen met onderzoekers van de industrie tot de academische wereld om spanning in nano-elektronica te onderzoeken, lokale defecten in zelf-geassembleerde 3D-superroosters, en de chemische samenstellingsvariaties van nanokatalysatoren, "Zei Yan. "De prestatie opent spannende kansen op veel gebieden van de wetenschap."

Naarmate de nieuwe mogelijkheden worden gebruikt, er is een voortdurende inspanning bij HXN om de ruimtelijke resolutie van de bundellijn te blijven verbeteren en nieuwe mogelijkheden toe te voegen.

"Ons uiteindelijke doel is om een ​​resolutie van één cijfer in 3D te bereiken voor het in beeld brengen van de elementaire, chemisch, en structurele samenstelling van materialen in realtime, ' zei Jan.