Новое открытие американских физиков сделает рентгеновскую визуализацию нано- и биологических объектов доступной для обычной лаборатории.

Исследователи успешно продемонстрировали метод, не требующий использования больших синхротронных источников рентгеновского излучения. Вместо этого используется генерация высших гармоник в компактном инфракрасном лазере.

Рентгеновское излучение чрезвычайно привлекательно для использования в микроскопии. Малая длина волны позволяет получать высокое разрешение, а кроме того, рентгеновское излучение позволяет исследовать толстые образцы – в отличие от электронных микроскопов.

К сожалению, изготовление линз для рентгеновских лучей оказывается чрезвычайно сложной задачей. Поэтому учёные прилагают значительные усилия для разработки безлинзовых микроскопов, использующих компьютер для восстановления изображения из дифракционных картин исследуемого образца. Однако, дифракция происходит только при использовании когерентного излучения, для получения которого необходимы большие ускорители и лазеры на свободных электронах.

Учёным из Университета Колорадо, Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе и Лоуренсовской Национальной Лаборатории в Беркли удалось продемонстрировать безлинзовую рентгеновскую визуализацию прямо в лаборатории, с использованием генерации высших гармоник. Для генерации излучения используется источник когерентного света (лазер) с большой длиной волны. Свет направляется на газовую трубку, в которой атомы поглощают сразу по несколько фотонов и переходят в возбуждённое состояние. Затем они релаксируют обратно в основное состояние, а энергия возбуждения, полученная от нескольких поглощённых фотонов, высвобождается в виде одного фотона с меньшей длиной волны.

Источник когерентного рентгеновского излучения.

В эксперименте в качестве источника света использовался лазер с длиной волны 760 нм. В результате генерации высших гармоник получался когерентный свет с длиной волны 29 нм. С помощью этого излучения учёным уже удалось осуществить визуализацию объектов с разрешением 214 нм. Пока что этому результату далеко до рекордных 62 нм, полученных исследователями из Гамбурга с использованием лазера на свободных электронах FLASH, зато тот факт, что необходимое оборудование может поместиться на лабораторном столе, может сделать метод доступным более широкому кругу исследователей.