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瑞士保羅謝勒研究所(PSI)的科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種突破性的X射線(xiàn)消色差透鏡。這使得X射線(xiàn)束即使具有不同的波長(zhǎng)也可以準(zhǔn)確地聚焦在一個(gè)點(diǎn)上。根據(jù)14日新發(fā)表在《自然·通訊》上的論文，新透鏡將使利用X射線(xiàn)研究納米結(jié)構(gòu)變得更加容易，特別有利于微芯片、電池和材料科學(xué)等領(lǐng)域的研發(fā)工作。

要想在攝影和光學(xué)顯微鏡中產(chǎn)生清晰的圖像，消色差透鏡必不可少。它們可以確保不同顏色，即不同波長(zhǎng)的光，能夠清晰聚焦，從而消除模糊現(xiàn)象。

直到現(xiàn)在才開(kāi)發(fā)出一種用于X射線(xiàn)的消色差透鏡，這一事實(shí)乍一看可能令人驚訝，畢竟可見(jiàn)光消色差透鏡已經(jīng)存在了200多年。它們通常由兩種不同的材料組成。光線(xiàn)穿透第一種材料，分裂成光譜顏色，就像穿過(guò)傳統(tǒng)的玻璃棱鏡一樣。然后，它通過(guò)第二種材料來(lái)逆轉(zhuǎn)這種效果。在物理學(xué)中，分離不同波長(zhǎng)的過(guò)程稱(chēng)為“色散”。

然而，PSIX射線(xiàn)納米科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室X射線(xiàn)光學(xué)與應(yīng)用研究組負(fù)責(zé)人、物理學(xué)家克里斯蒂安·大衛(wèi)解釋說(shuō)：“這種適用于可見(jiàn)光范圍的基本原理并不適用于X射線(xiàn)范圍。”對(duì)于X射線(xiàn)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有哪兩種材料的光學(xué)性質(zhì)在很大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)有足夠的差異，從而使一種材料可以抵消另一種材料的影響。換句話(huà)說(shuō)，X射線(xiàn)范圍內(nèi)材料的色散太相似了。

此次，科學(xué)家沒(méi)有在兩種材料的組合中尋找答案，而是將兩種不同的光學(xué)原理聯(lián)系在一起。這項(xiàng)新研究的主要作者亞當(dāng)·庫(kù)貝克說(shuō)：“訣竅是意識(shí)到我們可以在衍射鏡前面放置第二個(gè)折射鏡。”

PSI用已有的納米光刻技術(shù)來(lái)制造衍射鏡，并用微米級(jí)的3D打印制造出折射結(jié)構(gòu)，成功開(kāi)發(fā)出用于X射線(xiàn)的消色差透鏡，解決了上述問(wèn)題。

為了表征他們的消色差X射線(xiàn)透鏡，科學(xué)家們?cè)谌鹗客捷椛涔庠词褂昧艘粭lX射線(xiàn)光束線(xiàn)，還使用光刻技術(shù)來(lái)描述X射線(xiàn)光束，從而描述消色差透鏡。這使得科學(xué)家們能夠精確地探測(cè)到不同波長(zhǎng)的X射線(xiàn)焦點(diǎn)的位置。

他們還使用一種方法對(duì)新透鏡進(jìn)行了測(cè)試，這種方法將樣品以小光柵步移過(guò)X射線(xiàn)束的焦點(diǎn)。當(dāng)X射線(xiàn)束的波長(zhǎng)改變時(shí)，用傳統(tǒng)X射線(xiàn)透鏡產(chǎn)生的圖像變得非常模糊。然而，當(dāng)使用新的消色差透鏡時(shí)，這種情況就不會(huì)發(fā)生。

研究人員表示，未來(lái)他們將很快把消色差透鏡與X射線(xiàn)納米技術(shù)一起推向市場(chǎng)。(科技日?qǐng)?bào)實(shí)習(xí)記者 張佳欣)