Wetenschappers van het Max Born Institute (MBI) hebben de eerste brekingslens ontwikkeld die extreem ultraviolette stralen bundelt. In plaats van een glazen lens te gebruiken, die niet-transparant is in het extreem-ultraviolette gebied, de onderzoekers hebben een lens gedemonstreerd die wordt gevormd door een straal van atomen. De resultaten, die nieuwe mogelijkheden bieden voor de beeldvorming van biologische monsters op de kortste tijdschalen, werden gepubliceerd in Natuur .

Een boomstam die gedeeltelijk in het water is ondergedompeld, lijkt verbogen. Al honderden jaren weten mensen dat dit wordt veroorzaakt door refractie, d.w.z. het licht verandert van richting wanneer het onder een hoek van het ene medium (water) naar het andere (lucht) gaat. Breking is ook het onderliggende fysieke principe achter lenzen die een onmisbare rol spelen in het dagelijks leven:ze maken deel uit van het menselijk oog, ze worden gebruikt als bril, contactlenzen, als cameraobjectieven en voor het aansturen van laserstralen.

Na de ontdekking van nieuwe gebieden van het elektromagnetische spectrum, zoals ultraviolet (UV) en röntgenstraling, Er werden refractieve lenzen ontwikkeld die specifiek zijn aangepast aan deze spectrale gebieden. Elektromagnetische straling in het extreem-ultraviolette (XUV) gebied is, echter, enigszins speciaal. Het beslaat het golflengtebereik tussen de UV- en röntgendomeinen, maar in tegenstelling tot de twee laatstgenoemde soorten straling, het kan alleen reizen in vacuüm of sterk ijle gassen. Tegenwoordig worden XUV-stralen veel gebruikt in halfgeleiderlithografie en in fundamenteel onderzoek om de structuur en dynamiek van materie te begrijpen en te beheersen. Ze maken het mogelijk om de kortste door mensen gemaakte lichtpulsen te genereren met een duur van attoseconden (een attoseconde is een miljardste van een miljardste van een seconde). Echter, ondanks het grote aantal XUV-bronnen en toepassingen, er zijn tot nu toe geen XUV-lenzen geweest. De reden is dat XUV-straling sterk wordt geabsorbeerd door elk vast of vloeibaar materiaal en eenvoudigweg niet door conventionele lenzen kan.

Om XUV-stralen te focusseren, een team van MBI-onderzoekers heeft een andere benadering gekozen:ze vervingen een glazen lens door die gevormd door een straal van atomen van een edelgas, helium. Deze lens profiteert van de hoge transmissie van helium in het XUV-spectrumbereik en kan tegelijkertijd nauwkeurig worden geregeld door de dichtheid van het gas in de straal te veranderen. Dit is belangrijk om de brandpuntsafstand af te stemmen en de puntgroottes van de gefocusseerde XUV-stralen te minimaliseren.

In vergelijking met gebogen spiegels die vaak worden gebruikt om XUV-straling te focussen, deze gasvormige brekingslenzen hebben een aantal voordelen:er wordt constant een 'nieuwe' lens gegenereerd door de stroom van atomen in de straal, waardoor problemen met schade worden voorkomen. Verder, een gaslens resulteert in vrijwel geen verlies van XUV-straling in vergelijking met een typische spiegel. “Dit is een grote verbetering, omdat het genereren van XUV-stralen complex en vaak erg duur is, "Dr. Bernd Schuette, MBI-wetenschapper en corresponderend auteur van de publicatie, verklaart.

In het werk hebben de onderzoekers verder aangetoond dat een atoomstraal kan fungeren als een prisma dat de XUV-straling in zijn samenstellende spectrale componenten breekt. Dit kan worden vergeleken met de waarneming van een regenboog, als gevolg van het breken van het zonlicht in zijn spectrale kleuren door waterdruppels, behalve dat de 'kleuren' van het XUV-licht niet zichtbaar zijn voor het menselijk oog.

De ontwikkeling van de gasfaselenzen en prisma's in het XUV-gebied maakt het mogelijk optische technieken over te dragen die gebaseerd zijn op breking en die veel worden gebruikt in het zichtbare en infrarode deel van het elektromagnetische spectrum, naar het XUV-domein. Gaslenzen kunnen b.v. kunnen worden gebruikt om een ​​XUV-microscoop te ontwikkelen of om XUV-stralen te focussen op spotgroottes van nanometers. Dit kan in de toekomst worden toegepast, bijvoorbeeld, om structurele veranderingen van biomoleculen op de kortste tijdschalen te observeren.