Un experimento microscópico ha sido el responsable de un gran avance en la resolución de las imágenes a nanoescala. El trabajo, llevado a cabo por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), ha utilizado baja energía --o rayos X "suaves"-- para ver imágenes de tan sólo cinco nanómetros de tamaño. Esta resolución es la más alta jamás alcanzada con microscopia de rayos X.
Imagen
© BERKELEY LAB
Usando Ptycografía, una técnica de formación de imágenes de difracción coherente basada en el alto rendimiento de la microscopía de rayos X de transmisión de barrido (STXM), la colaboración fue capaz de mapear la composición química de los nanocristales de litio-ferrofosfato después de una dilatación parcial. Los resultados arrojaron importantes de cara a obtener nuevos conocimientos sobre una materia de gran interés para el almacenamiento de energía electroquímica.

"Hemos desarrollado métodos de imágenes de difracción, capaces de conseguir una resolución espacial que no puede ser igualada por los sistemas de imagen convencionales", ha señalado el autor principal del estudio, David Shapiro. El investigador ha indicado que, ahora, se está entrando en "una etapa" en la que los microscopios de rayos X "ya no están limitadas por la óptica y podemos poner imagen, casi, a la longitud de onda de la luz de rayos X".

El documento dirigido por Shapiro, que ha sido publicado en 'Nature Photonics', señala que, hasta este momento, la resolución espacial de los microscopios ptychográficos no superaban la de los mejores sistemas convencionales usando lentes zonales de rayos X. "El problema se deriva del hecho de que la Ptycografía se desarrolló principalmente en las fuentes "duras" de rayos X, usando ópticas estenopeicas simples para la iluminación.

"Esto dio lugar a una sección transversal de baja dispersión y baja intensidad coherente a la muestra, lo que significaba que los tiempos de exposición tenían que ser extremadamente largos, y que las estabilidades mecánicas y de iluminación no eran lo suficientemente buenas para la alta resolución", ha apuntado el científico.

La clave para el éxito de Shapiro, y sus colaboradores fue el uso de rayos X "suaves" que tienen longitudes de onda que oscilan entre 1 a 10 nanómetros, y un algoritmo especial que elimina el efecto de todas las señales de fondo incoherentes.

En este sentido, han explicado que, un haz de rayos X "suaves" se enfocan sobre una muestra y exploran incrementos de 40 nanómetros. Los datos de difracción serían entonces registran en un CCD de rayos X (dispositivo de carga acoplada) que permitie la reconstrucción de la muestra a muy alta resolución espacial.

"A lo largo de las exploraciones de Ptycografía, mantuvimos la muestra y óptica de enfoque en alineación relativa usando un sistema de retroalimentación interferométrico, con una precisión comparable a la longitud de onda de la iluminación de rayos X," ha apuntado Shapiro.

El litio-ferrofosfato es ampliamente estudiado por su uso como material de cátodo en baterías de iones de litio recargables. El equipo utilizó la Ptycografía para mapear su composición química y encontraron una fuerte correlación entre los defectos estructurales y la fase química de la propagación. Tras este éxito, Shapiro y sus colegas ya han comenzado a aplicar su técnica Ptycografía al estudio de películas catalíticas y magnéticas, bacterias magnetotácticas, mezclas de polímeros y cementos verdes.