Argonne développe une nouvelle méthode pour voir plus clairement la physique des matériaux complexes dans des environnements difficiles d'accès.

Avec les bons outils, les scientifiques peuvent avoir une vision aux rayons X de type Superman qui révèle des caractéristiques cachées enfouies dans les objets, mais c'est très compliqué.

La source de photons avancée (APS), une installation pour les utilisateurs de l'Office of Science du laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), donne aux scientifiques l'accès à des rayons X hautement pénétrants qui peuvent illuminer, au niveau atomique, des matériaux contenus profondément dans d'autres structures.

La prochaine phase pour l'APS, la mise à niveau APS, transforme l'APS d'aujourd'hui en un leader mondial, basé sur un anneau de stockage, source de lumière à rayons X à haute énergie qui dote les scientifiques d'un outil beaucoup plus puissant pour étudier et améliorer les matériaux et les processus chimiques qui ont un impact sur presque tous les aspects de notre vie. En particulier, la mise à niveau permet l'utilisation de méthodes d'imagerie sans lentille avec des rayons X à haute énergie pour surmonter les limitations optiques afin d'obtenir la résolution spatiale la plus élevée au cœur des échantillons opaques.

"C'est comme essayer de déterminer la forme et la taille d'une pierre jetée dans un étang en regardant les ondulations que la pierre crée, sauf en trois dimensions. Si votre taille de pixel est suffisamment petite ... vous pouvez [en fait] ... obtenir une image en trois dimensions de l'objet provoquant la diffusion, " a noté Siddharth Maddali, chercheur postdoctoral Argonne.

Cependant, L'utilisation de rayons X à haute énergie pour une pénétration profonde comporte un problème potentiel :les rayons X à pénétration profonde peuvent rencontrer des limites avec la technologie actuelle des détecteurs.

"Essentiellement, le signal sur le détecteur devient de plus en plus compressé au fur et à mesure que l'on passe à des énergies de rayons X de plus en plus élevées, " a déclaré Maddali. " Le prix que nous payons pour des rayons X plus pénétrants est une perte de fidélité dans les données enregistrées. "

Dans une nouvelle étude, les chercheurs d'Argonne ont trouvé une nouvelle façon de surmonter ces limitations.

Ces limites, selon Stefan Vogt, physicien aux rayons X d'Argonne, sont comme utiliser un écran d'ordinateur basse résolution pour visualiser une photographie numérique haute résolution. "Vous ne pouvez pas voir la fidélité de l'image originale, " il a dit.

L'effet global donne l'impression que l'image est pixelisée, dit Maddali, un auteur de l'étude.

Parce que la distance entre la cible et le détecteur est relativement fixe, améliorer la résolution d'une image de diffusion de rayons X pixélisée - en substance, l'affiner - nécessite des algorithmes de calcul qui créent des "pixels virtuels" subdivisés qui peuvent redistribuer l'image pixélisée. Ensuite, les chercheurs peuvent utiliser un processus appelé récupération de phase pour reconstituer des informations dans l'espace réel sur l'échantillon sur la base des fronts d'onde de rayons X diffusés.

"C'est comme essayer de déterminer la forme et la taille d'une pierre jetée dans un étang en regardant les ondulations que la pierre crée, sauf en trois dimensions, " a déclaré Maddali. " Si votre taille de pixel est suffisamment petite pour que vous puissiez voir les hauts et les bas de la vague, vous pouvez traiter ces images par ordinateur et obtenir une image tridimensionnelle de l'objet provoquant la diffusion."

En utilisant le traitement du signal de cette manière, les scientifiques sont capables de corriger efficacement par ordinateur une image qui aurait autrement nécessité un système de lentilles expérimentalement impossible à résoudre.

Les scientifiques pourraient utiliser cette technique pour obtenir de meilleures informations sur les interfaces des matériaux, et ainsi mieux comprendre et in fine maîtriser le comportement des nouveaux matériaux.