Let's Get Small:Metode Argonne Baru Sangat Meningkatkan Resolusi Nanotomografi Sinar-X
Sudah menjadi kebenaran sejak lama:jika Anda ingin mempelajari pergerakan dan perilaku atom tunggal, mikroskop elektron dapat memberi Anda apa yang tidak dapat dilakukan oleh sinar-X. Sinar-X bagus dalam menembus sampel — sinar-X memungkinkan Anda melihat apa yang terjadi di dalam baterai saat mereka mengisi dan melepaskan, misalnya — tetapi secara historis sinar-X belum mampu mencitrakan secara spasial dengan presisi yang sama seperti elektron.
Tetapi para ilmuwan sedang bekerja untuk meningkatkan resolusi gambar dari teknik sinar-X. Salah satu metode tersebut adalah tomografi sinar-X, yang memungkinkan pencitraan non-invasif dari bagian dalam bahan. Jika Anda ingin memetakan seluk-beluk sirkuit mikro, misalnya, atau melacak neuron di otak tanpa merusak materi yang Anda lihat, Anda memerlukan tomografi sinar-X, dan semakin baik resolusinya, semakin kecil fenomena yang dapat Anda lacak. dengan sinar X-ray.
Untuk itu, sekelompok ilmuwan yang dipimpin oleh Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE) telah menciptakan metode baru untuk meningkatkan resolusi nanotomografi sinar-X keras. (Nanotomografi adalah pencitraan sinar-X pada skala nanometer. Sebagai perbandingan, rata-rata rambut manusia memiliki lebar 100.000 nanometer.) Tim membangun mikroskop sinar-X resolusi tinggi menggunakan berkas sinar-X yang kuat dari Sumber Foton Lanjutan ( APS) dan membuat algoritme komputer baru untuk mengkompensasi masalah yang dihadapi dalam skala kecil. Dengan menggunakan metode ini, tim mencapai resolusi di bawah 10 nanometer. Menurut para peneliti, optik dan algoritme ini juga berlaku untuk teknik sinar-x lainnya.
Menggunakan Mikroskop Sinar-X Transmisi (TXM) internal pada beamline 32-ID APS — termasuk lensa khusus yang dibuat di Center for Nanoscale Materials (CNM) — tim dapat menggunakan karakteristik unik sinar-X dan mencapai gambar 3D resolusi tinggi dalam waktu sekitar satu jam. Tetapi bahkan gambar-gambar itu tidak cukup pada resolusi yang diinginkan, jadi tim merancang teknik berbasis komputer baru untuk meningkatkannya lebih jauh.
Masalah utama yang ingin diperbaiki oleh tim adalah penyimpangan sampel dan deformasi. Pada skala kecil ini, jika sampel bergerak di dalam berkas sinar, bahkan beberapa nanometer, atau jika berkas sinar-X menyebabkan perubahan sekecil apa pun pada sampel itu sendiri, hasilnya akan berupa artefak gerak pada gambar 3D sampel. Hal ini dapat membuat analisis selanjutnya menjadi jauh lebih sulit.
Pergeseran sampel dapat disebabkan oleh segala macam hal pada skala kecil, termasuk perubahan suhu. Untuk melakukan tomografi, sampel juga harus diputar dengan sangat tepat di dalam berkas, dan itu dapat menyebabkan kesalahan gerakan yang terlihat seperti sampel melayang dalam data. Algoritme baru tim Argonne bekerja untuk menghilangkan masalah ini, menghasilkan gambar 3D yang lebih jelas dan tajam.
Tim menguji peralatan dan teknik mereka dalam beberapa cara. Pertama, mereka menangkap gambar 2D dan 3D dari piring kecil dengan fitur selebar 16 nanometer yang dibuat oleh Kenan Li, kemudian dari Universitas Northwestern dan sekarang di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC DOE. Mereka mampu menggambarkan cacat kecil pada struktur pelat. Mereka kemudian mengujinya pada perangkat penyimpanan energi elektrokimia yang sebenarnya, menggunakan sinar-X untuk mengintip ke dalam dan menangkap gambar beresolusi tinggi. Namun, mereka merasa masih ada ruang untuk memperbaiki teknik ini.
Kemampuan instrumen dan teknik ini akan meningkat dengan upaya penelitian dan pengembangan berkelanjutan pada optik dan detektor dan akan mendapat manfaat dari peningkatan APS yang sedang berlangsung. Ketika selesai, fasilitas yang ditingkatkan akan menghasilkan berkas sinar-X berenergi tinggi yang sampai 500 kali lebih terang daripada yang mungkin ada saat ini, dan kemajuan lebih lanjut dalam optik sinar-X akan memungkinkan sinar yang lebih sempit dengan resolusi lebih tinggi. Setelah peningkatan, mereka akan mendorong untuk delapan nanometer ke bawah, berharap ini akan menjadi alat yang ampuh untuk penelitian pada skala yang lebih kecil dan lebih kecil.
