En canalisant l'intensité des rayons X, les sources de lumière synchrotron peuvent révéler les structures atomiques d'innombrables matériaux. Des chercheurs du monde entier se rendent à la National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - une installation du bureau des sciences du département américain de l'Énergie (DOE) au laboratoire national de Brookhaven du DOE - pour tout étudier, des protéines aux piles à combustible. Les rayons X ultra-lumineux du NSLS-II et la suite d'outils de caractérisation de pointe font de l'installation l'une des sources de lumière synchrotron les plus avancées au monde. Maintenant, NSLS-II a encore amélioré ces capacités.

Les scientifiques de la ligne de faisceau de la nanosonde à rayons X durs (HXN) du NSLS-II, une station expérimentale conçue pour offrir une résolution de premier plan pour l'imagerie par rayons X, ont démontré la capacité de la ligne de lumière à observer des matériaux jusqu'à 10 nanomètres, soit environ un dix millième du diamètre d'un cheveu humain. Cette résolution spatiale exceptionnellement élevée permettra aux scientifiques de « voir » des molécules uniques. De plus, HXN peut désormais combiner sa haute résolution spatiale avec la numérisation multimodale, la capacité de capturer simultanément plusieurs images de différentes propriétés de matériaux. La réalisation est décrite dans le numéro du 19 mars de Nano Futures.

"Il a fallu de nombreuses années de travail acharné et de collaboration pour développer une ligne de lumière de microscopie à rayons X avec une résolution spatiale aussi élevée, " dit Hanfei Yan, l'auteur principal de l'article et un scientifique de HXN. « Pour réaliser cet objectif ambitieux, nous devions relever de nombreux défis techniques, comme la réduction des vibrations environnementales, développer des méthodes de caractérisation efficaces, et perfectionner l'optique."

Un élément clé du succès de ce projet a été le développement d'une optique de focalisation spéciale appelée lentille de Laue multicouche (MLL), un cristal artificiel unidimensionnel conçu pour plier les rayons X vers un seul point.

"Développer précisément l'optique MLL pour répondre aux exigences des applications scientifiques réelles a pris près de 10 ans, " dit Nathalie Bouet, qui dirige le laboratoire du NSLS-II où les MLL ont été fabriquées. "Maintenant, nous sommes fiers de fournir ces lentilles pour la science des utilisateurs."

La combinaison de l'imagerie multimodale et haute résolution est unique, et fait de NSLS-II la première installation à offrir cette capacité dans la gamme d'énergie des rayons X durs aux scientifiques invités. La réalisation présentera un large éventail d'applications. Dans leur récent article, des scientifiques du NSLS-II ont travaillé avec l'Université du Connecticut et l'Université de Clemson pour étudier une membrane à base de céramique pour une application de conversion d'énergie. En utilisant les nouvelles capacités de HXN, le groupe a pu imaginer une phase de matériau émergente qui dicte la performance de la membrane.

« Nous collaborons également avec des chercheurs de l'industrie et du monde universitaire pour étudier les contraintes en nanoélectronique, défauts locaux dans les super-réseaux 3D auto-assemblés, et les variations de composition chimique des nanocatalyseurs, " Yan a déclaré. " La réalisation ouvre des opportunités passionnantes dans de nombreux domaines de la science. "

Au fur et à mesure que les nouvelles capacités sont utilisées, HXN s'efforce en permanence d'améliorer la résolution spatiale de la ligne de lumière et d'ajouter de nouvelles capacités.

"Notre objectif ultime est d'atteindre une résolution à un chiffre en 3D pour l'imagerie de l'élémentaire, chimique, et composition structurelle des matériaux en temps réel, " dit Yan.