Vamos diminuir:o novo método Argonne melhora muito a resolução da nanotomografia de raios-X

É uma verdade há muito tempo:se você quiser estudar o movimento e o comportamento de átomos individuais, a microscopia eletrônica pode fornecer o que os raios X não podem. Os raios-X são bons em penetrar em amostras – eles permitem que você veja o que acontece dentro das baterias enquanto elas carregam e descarregam, por exemplo – mas historicamente eles não foram capazes de criar imagens espaciais com a mesma precisão que os elétrons.

Mas os cientistas estão trabalhando para melhorar a resolução da imagem das técnicas de raios-X. Um desses métodos é a tomografia de raios X, que permite imagens não invasivas do interior dos materiais. Se você deseja mapear os meandros de um microcircuito, por exemplo, ou rastrear os neurônios em um cérebro sem destruir o material que está olhando, você precisa de tomografia de raios X, e quanto melhor a resolução, menores os fenômenos que você pode rastrear com o feixe de raios X.

Para esse fim, um grupo de cientistas liderados pelo Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) criou um novo método para melhorar a resolução da nanotomografia de raios-X duros. (A nanotomografia é uma imagem de raios X na escala de nanômetros. Para comparação, um cabelo humano médio tem 100.000 nanômetros de largura.) A equipe construiu um microscópio de raios X de alta resolução usando os poderosos feixes de raios X da Advanced Photon Source ( APS) e criou novos algoritmos de computador para compensar problemas encontrados em pequenas escalas. Usando esse método, a equipe alcançou uma resolução abaixo de 10 nanômetros. De acordo com os pesquisadores, essas óticas e algoritmos também são aplicáveis ​​a outras técnicas de raios-x.

Usando o Microscópio de Raios-X de Transmissão (TXM) interno na linha de luz 32-ID do APS - incluindo lentes especiais fabricadas no Centro de Materiais em Nanoescala (CNM) - a equipe foi capaz de usar as características únicas de raios-X e obter imagens 3D de alta resolução em cerca de uma hora. Mas mesmo essas imagens não estavam na resolução desejada, então a equipe desenvolveu uma nova técnica computadorizada para melhorá-las ainda mais.

Os principais problemas que a equipe procurou corrigir foram a deriva e a deformação da amostra. Nessas pequenas escalas, se a amostra se mover dentro do feixe, mesmo que alguns nanômetros, ou se o feixe de raios X causar a menor alteração na própria amostra, o resultado será artefatos de movimento na imagem 3D da amostra. Isso pode tornar a análise posterior muito mais difícil.

Um desvio de amostra pode ser causado por todos os tipos de coisas em uma escala tão pequena, incluindo mudanças na temperatura. Para realizar a tomografia, as amostras também devem ser giradas com muita precisão dentro do feixe, e isso pode levar a erros de movimento que parecem desvios de amostras nos dados. O novo algoritmo da equipe Argonne trabalha para remover esses problemas, resultando em uma imagem 3D mais clara e nítida.

A equipe testou seu equipamento e técnica de várias maneiras. Primeiro, eles capturaram imagens 2D e 3D de uma pequena placa com características de 16 nanômetros de largura fabricada por Kenan Li, então da Northwestern University e agora no SLAC National Accelerator Laboratory do DOE. Eles foram capazes de visualizar pequenos defeitos na estrutura da placa. Eles então testaram em um dispositivo de armazenamento de energia eletroquímica real, usando os raios X para espiar dentro e capturar imagens de alta resolução. No entanto, eles sentem que ainda há espaço para essa técnica melhorar.

As capacidades deste instrumento e técnica melhorarão com um esforço contínuo de pesquisa e desenvolvimento em óptica e detectores e se beneficiarão da atualização em andamento do APS. Quando concluída, a instalação atualizada gerará feixes de raios X de alta energia que são até 500 vezes mais brilhantes do que os atualmente possíveis, e avanços adicionais na óptica de raios X permitirão feixes ainda mais estreitos com resolução mais alta. Após a atualização, eles pressionarão para oito nanômetros e abaixo, esperando que esta seja uma ferramenta poderosa para pesquisa em escalas cada vez menores.