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Röntgenlinse erweitert Blick in die Nanowelt Forschende am PSI haben erstmals eine sogenannte achromatische Linse für Röntgenlicht entwickelt. Damit lassen sich die Röntgenstrahlen auch dann gut auf einen einzigen Punkt fokussieren, wenn sie eine gewisse Bandbreite an Wellenlängen haben. Die neue Linse wird die Erforschung von Nanostrukturen mittels Röntgenstrahlen deutlich erleichtern. Scharfe Bilder in der Fotografie und in optischen Mikroskopen sind nur möglich dank sogenannter achromatischer Linsen. Diese sorgen dafür, dass verschiedene Lichtfarben – also Licht verschiedener Wellenlängen – den gleichen Fokuspunkt haben. Analog gab es für Röntgenlicht bislang keine achromatischen Linsen, sodass scharfe Röntgenmikroskopie nur mit «einfarbigem» Röntgenlicht möglich war. Dies bedeutet in der Praxis, dass aus dem Röntgenlicht alle anderen Wellenlängen zunächst herausgefiltert werden müssen, also nur ein kleiner Teil des Lichts effektiv genutzt werden kann und dadurch die Effizienz der Bildaufnahme leidet. Ein Team von Forschenden am PSI hat dieses Problem nun gelöst: Ihnen gelang die Entwicklung einer achromatischen Röntgenlinse. Profitieren wird davon unter anderem die industrielle Forschung und Entwicklung beispielsweise von Mikrochips, Batterien und die Materialforschung. Denn mit Röntgenlicht lassen sich Über das PSI Das Paul Scherrer Institut PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Materie und Material, Energie und Umwelt sowie Mensch und Gesundheit. Die Ausbildung von jungen Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI. Deshalb sind etwa ein Viertel unserer Mitarbeitenden Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. Insgesamt beschäftigt das PSI 2100 Mitarbeitende, das damit das grösste Forschungsinstitut der Schweiz ist. Das Jahresbudget beträgt rund 400 Millionen Franken. Das PSI ist Teil des ETH-Bereichs, dem auch die ETH Zürich und die ETH Lausanne angehören sowie die Forschungsinstitute Eawag, Empa und WSL.
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1/2022
Adam Kubec (v.l.), Christian David und Marie-Christine Zdora haben gemeinsam mit weiteren PSI-Forschenden an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS eine neuartige optische Linse entwickelt: Sie kann Röntgenlicht auch dann auf einen Punkt fokussieren, wenn dieses eine Bandbreite an Wellenlängen aufweist. (Bild: Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic)
viel kleinere Strukturen abbilden als mit sichtbarem Licht. Komplexer als im sichtbaren Bereich Dass erst jetzt eine achromatische Linse für Röntgenlicht entwickelt werden konnte, mag zunächst erstaunen. Denn achromatische Linsen für sichtbares Licht gibt es bereits seit über 200 Jahren. Diese sind üblicherweise aus zwei Materialien zusammengesetzt. Das Licht gelangt erst durch das eine Material und spaltet sich dabei in seine Spektralfarben auf – wie man es von einem klassischen Glasprisma kennt. Danach wird es durch ein zweites Material geführt, das diesen Effekt wieder umkehrt. «Dispersion» ist der physikalische Begriff für das Auseinander- oder eben Zusammenlaufen verschiedener Lichtwellenlängen.
«Dieses einfache Prinzip, das im sichtbaren Bereich angewandt wird, funktioniert aber im Röntgenbereich nicht», erklärt der Physiker Christian David, Leiter der Forschungsgruppe für Röntgenoptik und Anwendungen am Labor für Mikround Nanotechnologie des PSI. «Für Röntgenlicht existieren keine Materialien, die sich in den optischen Eigenschaften über breite Wellenlängenbereiche so stark unterscheiden, dass das eine Material den Effekt des anderen wieder aufheben könnte. Man könnte auch sagen: Im Röntgenbereich ist die Dispersion der Materialien zu ähnlich.» Zwei Prinzipien statt zwei Materialien Statt die Lösung also in der Kombination zweier Materialien zu suchen, kombinierten die Forschenden zwei verschiedene
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