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11.01.2018 | Werkstoffprüfung + Materialanalyse | Infografik | Onlineartikel

Röntgenmikroskopie mit Rekordauflösung

Autor:
Dieter Beste

Mit einer neuen Materialkombination gelang es Forschern, das Design sogenannter Multilayer-Laue-Linsen zu optimieren und erstmals Röntgenmikroskopie mit einer Rekordauflösung im unteren Nanometerbereich zu betreiben.

Dank der kurzen Wellenlänge und ihrer hohen Eindringtiefe eignet sich Röntgenstrahlung hervorragend, um komplexe Materialien in feinstem Detail mikroskopisch zu untersuchen. Lange Zeit galt es jedoch als unmöglich, ein Röntgenmikroskop zu bauen, weil der Brechungsindex von Gläsern für Röntgenstrahlen nahe bei 1 liegt, Röntgenstrahlen also praktisch nicht gebrochen werden. Heute können Röntgenlinsen aus Fresnel’schen Zonenplatten hergestellt werden. Beim Transmissions-Röntgenmikroskop (TXM) wird beispielsweise monochromatische Strahlung einer starken Röntgenquelle (zum Beispiel Synchrotronstrahlung) mithilfe einer Zonenplatte (Kondensor) auf das Objekt fokussiert. "Die durchgehenden Strahlen erzeugen dann mittels einer weiteren Zonenplatte (Objektiv) ein stark vergrößertes Bild, das mit einer CCD-Kamera aufgenommen wird", erklären die Springer-Autoren in "Physik für Ingenieure" (Seite 546).

Mit Multilayer-Laue-Linsen (MLL) gelang es Forschern beim Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg, einen winzigen Röntgenfokus mit weniger als 10 nm Durchmesser zu erzeugen. Damit wird Röntgenmikroskopie mit einer Rekordauflösung im unteren Nanometerbereich möglich, wie die Forscher im Fachblatt "Light: Science & Applications" berichten. MLL bestehen aus abwechselnden, nanometerdünnen Schichten zweier unterschiedlicher Materialien. Im Gegensatz zu klassischen Linsen beugen MLL die Strahlung nicht, sondern streuen sie wie ein Kristall. Die Kunst dabei ist, die Röntgenlinse so aufzubauen, dass sie möglichst viel der einfallenden Röntgenstrahlung auf einen möglichst kleinen Punkt konzentriert. Die Optimierung der Linsen – bei DESY bestehen sie aus mehr als 10 000 abwechselnden Schichten – gelang den Forschern mit einer Materialkombination aus Wolframkarbid und Siliziumkarbid. "Die Wahl des richtigen Materialpaars war entscheidend für den Erfolg", sagt Saša Bajt. Das schließe andere Materialkombinationen zwar nicht aus, aber "diese ist definitiv die beste, die wir kennen." Die neuen Linsen eignen sich nach Angaben der DESY-Forscher für eine Vielzahl von Anwendungen, von der Bildgebung mit Nanometer-Auflösung bis zur Röntgenspektroskopie.

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