X射线显微镜光学——能够分辨50nm的特征

　　在光谱成像应用中X射线显微镜常常与全视场成像技术结合在一起应用，从而使得我们能够对材料的化学结构进行分析并同时进行可视化。

       然而，这些显微镜的性能往往受到色差问题——限制所获得的材料结构图像的精细程度或分辨率的光学效应——的影响，而以往对该问题的解决方案往往被证明难以制造和实施。

       由大阪大学的研究人员领导的一个合作小组，因此已经开发出一种用于全视场X射线显微镜的光学系统，它为克服色差问题提供了一种更实用的方法。

　　“我们开发了一个基于使用两个单片成像镜的光学系统，”大阪大学工程研究生院助理教授Satoshi Matsuyama。“这些镜子在一个单一基片上具有椭圆和双曲线的形状，而固定椭圆和双曲线之间的相对位置可以持久稳定地提供高图像质量。”制造这一复杂的镜片系统意味着现有的制造工艺需要进行修改，但是他们所提出的这个镜片结构需要约为1nm的形状精度。

　　在通过一种专门开发的对准系统对该镜片结构进行组装之后，它被应用在了Spring-8同步辐射设施的一个全视场X射线显微镜系统上进行性能测试。“通过使用一个名为‘西门子之星’的精细测试模式以及一个约10keV的光子能量，测试了该显微镜的空间分辨率，色差的存在，以及其长期稳定性，”大阪大学超精密科学与技术中心的Kazuto Yamauchi教授解释说。“我们能够在20小时内以很高的稳定性和没有任何色差地清楚分辨尺寸为50纳米的特征。”

　　所开发的这套系统然后被应用在了X射线吸收精细结构谱学显微实验中，成功鉴定出微米级的锌和钨试样中的元素和化学状态。同时将会对该系统进行进一步的研究来朝着理论极限提高其性能，它已经显示出在很多应用上的潜力，包括用高强度的X射线和高分辨率全视场X射线荧光成像进行的超快速成像。该镜片结构也可能会应用在其他系统中，例如有可能应用在同步辐射X射线和X射线自由电子激光器的聚焦和成像光学上。