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瑞士XRNanotech高精度、高性能X射线光栅的简介

时间:2022-04-15 点击次数:298


瑞士XRNanotech高精度、高性能X射线光栅

X射线光栅在生命、能源、材料、环境、食品等领域中具有重要应用,由于X射线光栅是非常精密的光学器件,对制作工艺的要求很高,尤其是制作高质量的二维X射线光栅的难度更大,因此,高质量的二维X射线光栅倍受相关科研人员的期待。


XRnanotech在X射线光学研究和开发领域的新创新,突破了可能的界限。依托Paul Scherrer研究所开发的技术,加上优异的工程能力和高水平的质量控制,造就了X射线光学关键器件。


通过铱线倍频技术获得最大分辨率

凭借线倍频技术,可以实现精确到5nm的X射线束聚焦,从而成为目前纪录的保持者。有了如此精确的聚焦,X射线成像的分辨率达到高的水平,使得曾经不可见的东西变得可见,并实现了全新的应用。该方法核心工艺是在反应离子蚀刻剥离基底结构之前,在稀疏模板上涂覆一层铱原子层。


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利用闪耀光学方式优化效率

光学器件的光子效率越高,透过的光子就越多,这意味着效率越高的光学器件可以为实现相同的目标节省时间和能量。与理论光子效率极限为40.5%的传统二元光栅光学相比,仅增加一阶的闪耀光栅可以将极限提高到68.4%,而再增加一阶的闪耀光栅可达81.1%。


基于电子束光刻的制造工艺,而不是机械刻划,可以轻松实现多阶闪耀光栅的设计加工。在实际加工过程中,XRnatotech已经实现了衍射波带片的光子效率超过50%,而行业标准是5-10%,大多数比较先进的技术最高也只达到25%。这样,不仅可以将实验时间减半,推动科学进步,还可以将在大型X射线源上进行实验的成本减半。


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金刚石光学的辐射稳定性

在过去几十年中,X射线源的亮度急剧上升,自由电子激光器的亮度达到太阳亮度的1亿倍以上。这开辟了重要的研究领域,但也暴露了不少X射线光学器件的关键局限性,在如此高的辐射能量下,这些器件容易融化。XRnanotech开发出一种方法,即用最耐热的天然材料单片金刚石加工光学元件。金刚石光学可以轻松承受FEL X射线束的强度,从而缓解FEL实验中的这一瓶颈。


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目前,XRnanotech已为X射线广泛应用提供多种光学元件:






Zernicke相衬成像应用:






相关文献:

B. Rösner et al. Exploiting atomic layer deposition for fabricating sub-10 nm X-ray lenses Microelectronic Engineering 191 (2018) p. 91

B. Rösner et al. 7 nm spatial resolution in soft x-ray microscopy Microscopy and Microanalysis 24 (2018) p. 270

K. Jefimovs et al. A zone doubling technique to produce ultra-high resolution x-ray optics Physical Review Letters 99 (2007) p. 264801

J. Vila-Comamala et al. Advanced Thin Film Technology for Ultrahigh Resolution X-Ray Microscopy Ultramicroscopy 109 (2009) p. 1360

P. Karvinen et al. Kinoform diffractive lenses for efficient nano-focusing of hard X-rays Optics Express 22 (2014) p. 16676

I. Mohacsi et al. High efficiency X-ray nanofocusing by multilevel zone plates Journal of Synchrotron Radiation 21 (2014) p. 497

I. Mohacsi et al. Fabrication and characterization of high efficiency double-sided blazed X-ray optics Optics Letters 41 (2016) p. 281

C. David et al. Nanofocusing of hard X-ray free electron laser pulses using diamond based Fresnel zone plates Scientific Reports 1 (2011) p. 57

M. Makita et al. Diamond diffraction gratings for experiments with intense hard x-rays Microelectronic Engineering 176 (2017) p. 75

N. Kujala et al. Characterizing transmissive diamond gratings as beam splitter for hard X-ray singleshot spectrometer of European XFEL Journal of Synchrotron Radiation 26 (2019) p. 708




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