До сих пор было чрезвычайно утомительно выполнять измерения с высокой чувствительностью и высоким пространственным разрешением с использованием рентгеновского излучения в нежном диапазоне энергий 1,5 - 5,0 кэВ. Тем не менее, этот рентгеновский луч идеально подходит для исследования энергетических материалов, таких как батареи или катализаторы, а также биологических систем. Команда из HZB теперь решила эту проблему: недавно разработанная монохроматорная оптика увеличивает поток фотонов в диапазоне низких энергий в 100 раз и, таким образом, позволяет проводить высокоточные измерения наноструктурированных систем. Метод был впервые успешно протестирован на каталитически активных наночастицах и микрочипах.
Климатически нейтральное энергоснабжение требует широкого спектра материалов для процессов преобразования энергии, например, каталитически активных материалов и новых электродов для батарей. Многие из этих материалов имеют наноструктуры, которые повышают их функциональность. При исследовании этих образцов спектроскопические измерения для определения химических свойств идеально сочетаются с рентгеновской визуализацией с высоким пространственным разрешением на наноуровне. Однако, поскольку ключевые элементы в этих материалах, такие как молибден, кремний или сера, реагируют преимущественно на рентгеновские лучи в так называемом нежном диапазоне энергий фотонов, до сих пор существовала серьезная проблема.
Это связано с тем, что в этом "нежном" диапазоне энергий между мягкими и жесткими рентгеновскими лучами обычная рентгеновская оптика с плоской решеткой или кристаллическими монохроматорами обеспечивает лишь очень низкую эффективность. Команда из HZB теперь решила эту проблему: "Мы разработали новую монохроматорную оптику. Эта оптика основана на адаптированной пилообразной решетке с многослойным покрытием и плоским зеркалом", - говорит Фрэнк Сиверт из отдела оптики и линий луча HZB. Новая концепция монохроматора увеличивает поток фотонов в нежном рентгеновском диапазоне в 100 раз и, таким образом, впервые позволяет проводить высокочувствительные спектромикроскопические измерения с высоким разрешением. "За короткое время мы смогли собрать данные спектромикроскопии NEXAFS на наноуровне. Мы продемонстрировали это на каталитически активных наночастицах и современных структурах микрочипов", - говорит Стефан Вернер, первый автор публикации. "Новая разработка теперь позволяет проводить эксперименты, которые в противном случае потребовали бы месяцев сбора данных", - подчеркивает Вернер.
"Этот монохроматор станет предпочтительным методом получения изображений в этом диапазоне энергий рентгеновского излучения не только на синхротронах по всему миру, но и в лазерах на свободных электронах и лабораторных источниках", - говорит Герд Шнайдер, возглавляющий отдел рентгеновской микроскопии в HZB. Он ожидает огромных результатов во многих областях исследований материалов: исследования в диапазоне тонких рентгеновских лучей могут значительно продвинуть разработку энергетических материалов и, таким образом, внести вклад в климатически нейтральные решения для производства электроэнергии и энергоснабжения.
Комментарии