Focalisation d'un faisceau de laser à électrons libres à rayons X (XFEL) à l'aide de miroirs de focalisation multicouches à front d'onde corrigé. Crédit :Université d'Osaka
Un laser à rayons X à électrons libres (XFEL) est un rayon X produit par un faisceau d'électrons libres qui ont été accélérés presque à la vitesse de la lumière. Les XFEL produisent des faisceaux laser avec une intensité de puissance de crête extrêmement élevée, ce qui les rend attractifs pour des applications en recherche fondamentale, telles que l'optique non linéaire aux rayons X et la détermination de la structure cristalline des protéines, et aussi en médecine. Il est important de focaliser avec précision les faisceaux XFEL pour obtenir des performances élevées. Les lasers sont généralement focalisés à l'aide de miroirs à réflexion totale; cependant, les miroirs conventionnels ne conviennent pas pour la formation de faisceaux de rayons X inférieurs à 10 nm car de tels miroirs ne peuvent pas fournir la grande ouverture numérique requise. Pour surmonter cette limite, Les faisceaux de rayons X peuvent être focalisés à l'aide de miroirs multicouches. Malheureusement, il est difficile de fabriquer de tels miroirs multicouches car une très grande précision de fabrication est requise.
Une collaboration menée par l'Université d'Osaka a récemment développé une nouvelle technique pour fabriquer des miroirs de focalisation multicouches ultraprécis avec une précision de forme inférieure à 1 nm, qui peut focaliser un faisceau XFEL à une taille inférieure à 10 nanomètres.
« Pour obtenir un XFEL hautement ciblé, nous avons étudié la détermination du front d'onde à l'aide d'un interféromètre à réseau unique à rayons X et la correction directe de la forme des miroirs de focalisation multicouches par une méthode de dépôt différentiel, ", explique l'auteur principal Satoshi Matsuyama.
L'équipe a d'abord fabriqué des miroirs de focalisation multicouches par pulvérisation magnétron de multicouches de platine et de carbone. Le processus de pulvérisation a été finement contrôlé à l'aide d'une platine à balayage unidimensionnel et d'un ordinateur. Les miroirs multicouches fabriqués ont été assemblés dans un système de focalisation de faisceau à deux étages. Le front d'onde d'un faisceau XFEL après avoir traversé le système de focalisation du faisceau a ensuite été mesuré à l'aide d'un interféromètre à réseau pour déterminer l'aberration du front d'onde par rapport à l'idéal théorique causée par la déviation de la forme réelle du miroir par rapport à la conception prévue.
Mesure du front d'onde à l'aide d'un interféromètre à réseau à rayons X. Crédit :Réimprimé avec des modifications du papier original correspondant
La forme des miroirs de focalisation a ensuite été corrigée par dépôt différentiel. Les fronts d'onde avant et après correction de forme ont été comparés, qui a révélé que la correction a amélioré avec succès la qualité des miroirs multicouches pour fournir une taille de faisceau XFEL inférieure à dix nanomètres.
"Nous prévoyons que les miroirs de focalisation multicouches fabriqués par l'approche établie dans ce travail seront bientôt disponibles pour une utilisation dans les installations de rayonnement XFEL et synchrotron, ", déclare l'auteur principal Kazuto Yamauchi. "De tels faisceaux hautement focalisés ouvriront de nouvelles frontières dans la science des rayons X."
La haute intensité XFEL obtenue à l'aide des miroirs de focalisation multicouches ultraprécis développés devrait améliorer les performances des analyses de rayons X de pointe utilisant les XFEL.
Intensité du faisceau calculée sur le plan focal avant et après la correction de la forme du miroir de focalisation. Zone de calcul =500 × 500 nm, Énergie des rayons X =9,1 keV. Crédit :Réimprimé avec des modifications du papier original correspondant
