灵活成型的新型反射镜可改进X射线显微镜的性能

日本的一个研究小组设计出了一种可灵活塑形的 X 射线反射镜，从而在原子水平上实现了显著的精确性和更高的稳定性。

这项由名古屋大学工程研究生院的 Satoshi Matsuyama 和 Takato Inoue 与日本理化学研究所和 JTEC 公司合作开发的新技术，提高了 X 射线显微镜和其他使用 X 射线镜的技术的性能。相关成果发表在《光学》（Optica）杂志上。

一种用于X射线显微镜的新型可变形镜，通过波前校正实现高图像分辨率。

X 射线显微镜是一种先进的成像工具，是电子显微镜和光学显微镜之间的桥梁。它使用的 X 射线能提供比光更好的分辨率，并能穿透电子无法穿透的太厚的样品。这样就能对其他显微镜技术难以看到的结构进行成像。

X 射线显微镜具有高分辨率，因此在材料科学和生物学等领域尤为重要，因为它们可以观察到样品内部的成分、化学状态和结构。

反射镜在 X 射线显微镜中起着至关重要的作用。它们可以反射 X 射线束，对复杂结构进行高分辨率成像。高质量的图像和精确的测量是必不可少的，尤其是在催化剂和电池检测等尖端科学领域。

然而，由于 X 射线的波长较小，因此很容易因微小的制造缺陷和环境影响而失真。这会产生波前像差，从而限制图像的分辨率。Matsuyama和他的合作者通过制造一种可以变形的镜子，根据检测到的 X 射线波面调整其形状，从而解决了这一问题。

X 射线显微图像显示了使用新型可变形镜子后更高的分辨率。左图和右图分别是形状校正前和校正后的图像。

为了优化他们的镜子，研究人员研究了压电材料。这些材料非常有用，因为当施加电场时，它们可以变形或改变形状。这样，即使检测到的电波存在微小的偏差，材料也能重塑自身形状，做出响应。

在考虑了各种化合物之后，研究人员选择了铌酸锂单晶作为可改变形状的镜子。单晶铌酸锂在 X 射线技术中非常有用，因为它可以在电场作用下膨胀和收缩，并通过抛光形成高反射表面。这使得它既可以作为致动器，也可以作为反射面，从而简化了设备。

Matsuyama 说：“传统的 X 射线可变形反射镜是通过粘接玻璃基板和 PZT 板制成的。然而，将不同的材料连接在一起并不理想，会导致不稳定。为了克服这个问题，我们采用了单晶压电材料，这种材料由均匀的材料制成，无需粘接，因此具有极高的稳定性。由于结构简单，镜子可以自由变形，达到原子级精度。此外，这种精度还能保持 7 个小时，证实了其极高的稳定性”。

在测试他们的新设备时，Matsuyama的团队发现他们的 X 射线显微镜超出了预期。它的高分辨率使其特别适用于观察微观物体，如半导体器件组件。

与传统 X 射线显微镜的空间分辨率（通常为 100 纳米）相比，他们的技术有可能开发出分辨率高出约 10 倍（10 纳米）的显微镜，因为像差校正使其更接近理想分辨率。

Matsuyama说：“这项成果将推动高分辨率 X 射线显微镜的发展，而这种显微镜一直受到制造工艺精度的限制。这些镜子还可应用于其他X射线设备，如光刻设备、望远镜、医疗诊断中的CT以及X射线纳米束形成。”

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