Fig. 1 Schéma de la nouvelle méthode, basé sur des taches de diffusion cohérente. Crédit :Université d'Osaka
Imaginez prendre des films des processus chimiques les plus rapides, ou imager les détails à l'échelle atomique de particules virales uniques sans les endommager. Des chercheurs japonais ont fait progresser l'état de l'art dans de telles entreprises, en améliorant l'utilité d'un laser à rayons X spécial pour les mesures à l'échelle nanométrique.
Dans une étude publiée récemment dans Journal du rayonnement synchrotron , chercheurs de l'Université d'Osaka, en collaboration avec RIKEN et Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), ont réduit le diamètre du faisceau d'un laser à rayons X à électrons libres à 6 nanomètres de largeur. Ceci améliore considérablement l'utilité de ces lasers pour imager des structures plus proches du niveau atomique que cela n'était possible dans les travaux antérieurs.
Pour "voir" des objets extrêmement petits et autrement invisibles, et observer des processus chimiques ultrarapides, les chercheurs utilisent couramment des installations de rayonnement X synchrotron. Les lasers à rayons X à électrons libres sont une alternative qui peut, en principe, imager les détails à l'échelle atomique de, par exemple, une particule virale, à l'échelle de temps d'une transition électronique, sans endommager la particule. Pour faire ça, vous avez besoin d'un laser à rayons X incroyablement lumineux qui focalise des impulsions laser extrêmement rapides à l'échelle nanométrique.
"En utilisant des miroirs de focalisation multicouches, nous avons réduit la largeur de notre faisceau laser à un diamètre de 6 nanomètres, " dit l'auteur principal de l'étude Takato Inoue. " Ce n'est pas tout à fait le diamètre d'un atome typique, mais nous avançons bien."
Fig. 2 Relation entre les formes de speckle et les formes de faisceau déformées par des désalignements de miroir. Au milieu :barre d'échelle, 50 nm. En bas :barre d'échelle, 0,5 nm-1. Réimprimé avec des modifications du papier original correspondant. Crédit :Université d'Osaka
Fig. 3 Comparaison des motifs de mouchetures (gauche, barre d'échelle =0,06 nm−1), et une comparaison de la forme de speckle calculée (à droite), avant et après un alignement précis du miroir. Réimprimé avec des modifications du papier original correspondant. Crédit :Université d'Osaka
Jusqu'à maintenant, il a été difficile de focaliser des lasers à rayons X à électrons libres sur de si petits diamètres. C'est à cause des défis dans la fabrication des miroirs requis, et confirmer la taille focalisée des lasers. L'équipe de chercheurs a abordé le problème de focalisation en analysant la forme des motifs d'interférence du laser, connus sous le nom de profils de mouchetures.
"Nous avons généré des profils de speckle par diffusion cohérente des rayons X de nanoparticules métalliques distribuées de manière aléatoire, " explique Satoshi Matsuyama, auteur principal. "Cela a permis des mesures expérimentales du profil du faisceau laser, qui étaient en bon accord avec les calculs théoriques."
Parce que le diamètre du faisceau laser peut être mesuré avec une telle précision, d'autres avancées sont désormais possibles. Par exemple, en utilisant des atomes pour l'analyse de diffusion, Les mesures laser à électrons libres à rayons X peuvent être améliorées jusqu'à un foyer de 1 nanomètre.
Les chercheurs prévoient que les lasers de très haute intensité, plus d'un million de milliards de fois plus lumineux que le Soleil, sera désormais utile pour l'imagerie de processus moléculaires ultrarapides - à l'échelle atomique - qui dépassent les capacités des synchrotrons les plus avancés. Avec une telle technologie, les molécules de protéines et autres petites entités biologiques importantes peuvent être imagées sans les endommager sous la stratégie de « diffraction avant destruction, " en utilisant une seule impulsion laser.
