PSI geht neue Wege bei Röntgenmikroskopie

Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben eine neue Methode entwickelt, dank der Röntgenbilder von Materialien noch besser werden. Die Forschenden bewegten dazu eine optische Linse und nahmen dabei etliche Einzelbilder auf, aus denen sie mit Hilfe von Computeralgorithmen die eigentliche Aufnahme errechneten. Damit haben sie erstmalig das Prinzip der sogenannten Fourier-Ptychografie auf Messungen mit Röntgenlicht übertragen.

Mit Röntgenmikroskopen können Forschende Details sichtbar machen, die eine Million Mal kleiner als ein Sandkorn sind – also Strukturen im Nanometerbereich. Das Licht trifft wie bei einem normalen Mikroskop auf die Probe und wird von ihr abgelenkt. Eine Linse sammelt dieses gestreute Licht und erzeugt ein vergrössertes Bild auf der Kamera. Kleine Strukturen streuen aber das Licht stark. Wenn man winzigen Strukturen im Bild auflösen will, braucht es entsprechend eine grosse Linse. Klaus Wakonig, Physiker am PSI, erklärt: «Im sichtbaren Bereich gibt es Linsen, die sehr grosse Streuwinkel einfangen können. Im Röntgenbereich hingegen ist dies aufgrund der schwachen Wechselwirkung mit dem Material der Linse komplizierter. Infolgedessen können meist nur sehr kleine Winkel eingefangen werden oder die Linsen sind sehr ineffizient.»

Die neue, von Wakonig und seinen Kollegen entwickelte Methode umgeht dieses Problem. «Das Ergebnis ist so, als ob wir mit einer grossen Linse gemessen hätten», erklärt der Forscher. Das PSI-Team verwendet eine kleine, aber effiziente Linse, wie sie üblicherweise in der Röntgenmikroskopie eingesetzt wird, und verschiebt diese über einen Bereich, den eine ideale Linse abdecken würde. Somit entsteht virtuell eine grosse Linse. Die Forscher nehmen so an verschiedenen Punkten ein Bild auf und setzen diese mit Hilfe von Computeralgorithmen zu einer hochaufgelösten Aufnahme zusammen.

Die Wissenschafter untersuchten mit dieser neuen Methode einen Detektorchip. In Zukunft könnte die neue Technik zum Beispiel aufzeigen, wie ein Katalysator bei hohen Temperaturen arbeitet, wenn man ein Gas hinzufügt, oder wann und wie ein Metall unter Druck bricht. Aber auch Gewebe und Zellverbände könnten damit besser untersucht werden.