Микроскопия в мягком рентгеновском диапазоне Щербаков А.В.

План доклада 1. Возможности рентгеновских микроскопов 1.1 Пространственное разрешение 1.2 Взаимодействие мягкого рентгеновского излучения с веществом 1.3 Микробиологические и клеточные исследования 1.4 Исследования влажных почв 1.5 Исследование магнитных материалов 2. Источники РИ 2.1 Синхротроны и лазеры на свободных электронах 2.2 Лазерная плазма 3. Оптика 3.1 Скользящего падения 3.2 ЗПФ 3.3 Многослойные зеркала 4. Схемы построение микроскопов 5. Контраст и доза 6. Методы повышения контраста 6.1 Дифференциальный интерференционный контраст 6.2 Фазовый контраст Цернике

Пространственное разрешение Разрешение: где NA – числовая, λ – длина волны, α – апертурный угол и n – показатель преломления среды k1=0.61 для некогерентных источников λ=3 нм NA=0.3 δx6 нм

Взаимодействие мягкого рентгеновского излучения с веществом Сечение рассеяния и поглощения углерода Взаимодействия: Упругое (Релеевское) рассеяние Неупругое (Комптоновское) рассеяние Поглощение

Взаимодействие мягкого рентгеновского излучения с веществом И.А. Артюков, А.В. Виноградов, Ю.С. Касьянов, С.В. Савельев. О рентгеновской микроскопии в области «углеродного окна». Квантовая электроника. Т С (2004). Изображения на двух длинах волн позволяют обнаружить выбранный элемент в составе образца

Микробиологические и клеточные исследования a) Изображение клеток дрожжей, b)паразит Spironucleus salmonicida, c) B-клетки иммунной системы человека, d) паразит Giardia lamblia

Исследования влажных почв а) изображение коллоидных частиц чернозема, б) структура пластинок глины Длина волны 3.37 нм

Исследование магнитных материалов Явление магнитного дихроизма. Поглощение зависит от относительной ориентации векторов намагниченности и поляризации волны. Эффект десятки процентов! Peter Fischer.Viewing spin structures with soft X-ray microscopy. Materials today. (2010). V.13. N. 9. Pp

Источники 1. Лазеры на свободных электронах 2. Синхротроны 3. Лазерная плазма 4. Разрядная плазма 5. Электронно-лучевые трубки

Синхротроны и лазеры на свободных электронах

Лазерная плазма Т I a) Типы лазерных мишеней b) Схематичная диаграмма электронной плотности в лазерной плазме

Оптика скользящего падения δx нм Kirkpatrik-BaezWolter + оптические свойства системы слабо меняются при смене длины волны - мощное влияние точности формы и шероховатости на энергетическую эффективность и качество фокусировки

Зонные пластинки Френеля Ширина последней зоны 25 нм Порядок 3-й Длина волны 1.77 нм Время экспозиции 15 с Эффективность 0.6%

Зонные пластинки Френеля J. Zhenle, F. Junmei and F. Enxin, A simple wide-angle beam-propagation method for integrated optics, Microw. Opt. Techn. Let. 14, (1997).

Многослойные зеркала нм R R0·exp(-4π 2 σ 2 /d 2 ) σ нм Влияние шероховатости Период МИС

Многослойные зеркала, нм МСd, нмN Br, / R ex, %R id, % 2,36W/B 4 C1, ,6318 3,14Cr/Sc1, , ,47 Со/C2, ,838 Cr/Sc2, ,524 6,7 La/B 4 C 3, , ,34Ru/Y4, ,548 13,5Mo/Si7,

Схемы построение микроскопов

Контраст и доза Необходимая доза Gr Допутимая доза для живого образца 10 5 Gr Для химически фиксированного 10 6 Gr Для криофиксированного Gr

Дифференциальный интерференционный контраст Метод построен на интерференции лучей прошедших близкими оптическими путями

Фазовый контраст Цернике Плоская волна Дифрагированный не объекте свет Объект Линза Фазосдвигающая пластинка Экран

Спасибо за внимание!