Physiker fanden heraus, wie sich die Qualität von Röntgenmikroskopbildern verbessern lässt

Mit Röntgenmikroskopen lässt sich die dreidimensionale Struktur von Materialien, Organismen oder Geweben untersuchen.

ohne die Probe zu schneiden oder zu beschädigen.Theoretisch ist es mit dieser Technologie möglich, Bilder mit einer Auflösung von mehreren Nanometern zu erstellen. In der Praxis sind seine Möglichkeiten jedoch durch die Schwierigkeiten bei der Herstellung eines idealen Objektivs begrenzt.

In seiner in der Zeitschrift PhysicalReview Letters haben Physiker der Universität Göttingen gezeigt, dass die „Unvollkommenheiten“ von Linsen überwunden werden können, indem Bildrekonstruktionsalgorithmen zu innovativen Linsen hinzugefügt werden. 

Als Linse verwendeten die Wissenschaftler einen Multilayereine Zonenplatte, die aus mehreren Atomlagen besteht, die in Form konzentrischer Kreise auf einem dünnen Draht abgeschieden sind. Ein solches System verhindert eine gegenseitige Beeinflussung, indem es die Beleuchtung des Beobachtungspunktes erhöht.

Physiker platzierten die erstellte Linse zwischen den gefilmtenObjekt- und Röntgenkamera in einem extrem hellen und gebündelten Röntgenstrahl am Deutschen Elektronen-Synchrotron in Hamburg. Die Forscher stellen fest, dass die Kamera drei verschiedene Arten von Signalen empfing, die zusammen vollständige Informationen über die Struktur eines unbekannten Objekts lieferten, selbst wenn die Objekte wenig oder keine Röntgenstrahlen absorbierten.

Schema des Experiments. Bild: Markus Osterhoff

Die Autoren der Arbeit stellen fest, dass sie die Idee, eine ideale Linse zu schaffen, aufgegeben haben. Stattdessen haben sie die erstellte Linse genau vermessen und ihre Parameter in Informationsverarbeitungsalgorithmen integriert.

Wissenschaftler haben die Arbeit ihrer demonstriertGeräte, indem Bilder von Halbleiter-Nanodrähten mit einer Auflösung von weniger als 10 nm aufgenommen werden. Als Vorteil der neuen Methode sehen die Forscher, dass das Objekt nicht gescannt werden muss, wodurch sich auch sehr schnelle mikroskopische Vorgänge in Materialien in Bewegung „einfangen“ lassen.

Aufgrund der Schwierigkeiten haben viele Forscher bereitsverzichtete auf die Röntgenmikroskopie mit Linsen und versuchte stattdessen, Linsen vollständig durch Algorithmen zu ersetzen. Durch die gemeinsame Verwendung von Linsen und Algorithmen kombiniert unser Ansatz jedoch das Beste aus beiden Welten.

Tim Salditt, Professor an der Fakultät für Physik der Universität Göttingen, einer der Autoren der Studie

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