La nouvelle technologie développée par Satoshi Matsuyama et Takato Inoue de la Graduate School of Engineering de l'Université de Nagoya, en collaboration avec RIKEN et JTEC Corporation, améliore les performances des microscopes à rayons X et d'autres technologies utilisant des miroirs à rayons X. Les résultats ont été publiés dans la revue Optica .

Un microscope à rayons X est un outil d’imagerie avancé qui comble le fossé entre la microscopie électronique et la microscopie optique. Il utilise des rayons X, qui peuvent fournir une meilleure résolution que la lumière et pénétrer dans des échantillons trop épais pour que les électrons puissent y pénétrer. Cela permet d'imager des structures difficiles à voir avec d'autres techniques de microscopie.

Les microscopes à rayons X ont une haute résolution, ce qui les rend particulièrement utiles dans des domaines tels que la science des matériaux et la biologie, car ils peuvent observer la composition, l'état chimique et la structure d'un échantillon.

Les miroirs jouent un rôle essentiel dans les microscopes à rayons X. Ils réfléchissent les faisceaux de rayons X, permettant ainsi une imagerie haute résolution de structures complexes. Des images de haute qualité et des mesures précises sont une nécessité, en particulier dans les domaines scientifiques de pointe tels que l'inspection des catalyseurs et des batteries.

Cependant, la petite longueur d’onde des rayons X les rend vulnérables à la distorsion due à des défauts de fabrication mineurs et aux influences environnementales. Cela crée des aberrations du front d’onde qui peuvent limiter la résolution de l’image. Matsuyama et ses collaborateurs ont résolu ce problème en créant un miroir capable de se déformer, en ajustant sa forme en fonction du front d'onde des rayons X détecté.

Pour optimiser leur miroir, les chercheurs se sont penchés sur des matériaux piézoélectriques. Ces matériaux sont utiles car ils peuvent se déformer ou changer de forme lorsqu’un champ électrique est appliqué. Cela permet au matériau de se remodeler pour répondre aux aberrations même mineures de l'onde détectée.

Après avoir examiné divers composés, les chercheurs ont choisi un monocristal de niobate de lithium comme miroir à forme variable. Le niobate de lithium monocristallin est utile dans la technologie des rayons X car il peut être dilaté et contracté par un champ électrique et poli pour créer une surface hautement réfléchissante. Cela lui permet de servir à la fois d'actionneur et de surface réfléchissante, simplifiant ainsi le dispositif.

"Les miroirs déformables aux rayons X conventionnels sont fabriqués en liant un substrat de verre et une plaque de PZT. Cependant, assembler des matériaux différents n'est pas idéal et entraîne une instabilité", a déclaré Matsuyama.

"Pour surmonter ce problème, nous avons utilisé un matériau piézo monocristallin, offrant une stabilité exceptionnelle car constitué d'un matériau uniforme sans liaison. Grâce à cette structure simple, le miroir peut être librement déformé avec une précision atomique. De plus, cette précision a été maintenue pendant sept heures, confirmant sa très grande stabilité."

Lorsqu'elle a testé son nouvel appareil, l'équipe de Matsuyama a constaté que son microscope à rayons X dépassait les attentes. Sa haute résolution le rend particulièrement adapté à l'observation d'objets microscopiques, tels que les composants de dispositifs semi-conducteurs.

Par rapport à la résolution spatiale de la microscopie à rayons X conventionnelle (généralement 100 nm), leur technique a le potentiel de développer un microscope offrant une résolution environ 10 fois meilleure (10 nm) car la correction des aberrations le rapproche de la résolution idéale.

"Cette réalisation favorisera le développement de microscopes à rayons X à haute résolution, qui étaient limités par la précision du processus de fabrication", a déclaré Matsuyama.

"Ces miroirs peuvent être appliqués à d'autres appareils à rayons X, tels que les appareils de lithographie, les télescopes, la tomodensitométrie dans le diagnostic médical et la formation de nanofaisceaux de rayons X."