Des physiciens de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) et de la Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY, Hambourg) ont développé une méthode pour améliorer la qualité des images radiographiques par rapport aux méthodes conventionnelles. La technique, imagerie diffractive incohérente (IDI), pourrait imager des atomes individuels dans des nanocristaux ou des molécules plus rapidement et avec une résolution beaucoup plus élevée.
Depuis plus de 100 ans, Les rayons X ont été utilisés en cristallographie pour déterminer la structure des molécules. Au cœur de la méthode se trouvent les principes de diffraction et de superposition, à laquelle toutes les ondes sont soumises :Les ondes lumineuses constituées de photons sont déviées par les atomes du cristal et se chevauchent comme des ondes d'eau générées par des obstacles dans un flux à écoulement lent. Si un nombre suffisant de ces photons peut être mesuré avec un détecteur, un motif de diffraction ou un motif d'onde caractéristique est obtenu, à partir de laquelle la structure atomique du cristal peut être dérivée. Cela nécessite que les photons soient diffusés de manière cohérente, ce qui signifie qu'il existe une relation de phase claire entre les photons incidents et réfléchis. Pour rester avec l'analogie de l'eau, cela correspond à des vagues d'eau qui sont déviées des obstacles sans tourbillons ni turbulences. Si la diffusion des photons est incohérente, la relation de phase fixe entre les photons diffusés se disperse, ce qui rend impossible la détermination de la disposition des atomes, tout comme dans les eaux turbulentes.
Mais l'imagerie diffractive cohérente a aussi un problème :« Avec la lumière des rayons X, dans la plupart des cas, la diffusion incohérente domine, par exemple, sous forme de fluorescence résultant de l'absorption de photons et de l'émission subséquente, " dit Anton Classen, membre du groupe de travail FAU Optique Quantique et Information Quantique. "Cela crée un arrière-plan diffus qui ne peut pas être utilisé pour une imagerie cohérente et réduit la fidélité de reproduction des méthodes cohérentes."
Utiliser des rayonnements incohérents
C'est exactement ce rayonnement incohérent apparemment indésirable qui est la clé de la nouvelle technique d'imagerie des chercheurs de la FAU. « Dans notre méthode, les photons de rayons X diffusés de manière incohérente ne sont pas enregistrés sur une longue période de temps, mais dans de courts instantanés résolus en temps, " explique le professeur Joachim von Zanthier. " Lors de l'analyse des instantanés individuellement, l'information sur l'arrangement des atomes peut être obtenue."
L'astuce est que la diffraction de la lumière est toujours cohérente au sein de courtes séquences. Cependant, cela n'est possible qu'avec des flashs de rayons X extrêmement courts avec des durées ne dépassant pas quelques femtosecondes, c'est-à-dire quelques quadrillions de seconde, ce qui n'a été réalisé que récemment avec des lasers à électrons libres comme le XFEL européen à Hambourg ou le Linac Coherent Light Source (LCLS) en Californie.
Visualiser des molécules individuelles est possible
Étant donné que la nouvelle méthode utilise la lumière fluorescente, un signal beaucoup plus fort peut être obtenu, qui est également dispersé à des angles nettement plus grands, obtenir des informations spatiales plus détaillées. En outre, les filtres peuvent être utilisés pour mesurer la lumière d'espèces atomiques spécifiques uniquement. Cela permet de déterminer la position des atomes individuels dans les molécules et les protéines avec une résolution significativement plus élevée par rapport à l'imagerie cohérente utilisant des rayons X de la même longueur d'onde. Cette méthode pourrait améliorer l'étude des protéines en biologie structurale et en médecine.
