Le PSI ouvre de nouvelles perspectives concernant la microscopie à rayons X

Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer (PSI) ont développé une nouvelle méthode qui rend les radiographies de matériaux encore meilleures. Pour aboutir à ce résultat, les chercheurs ont déplacé une lentille optique et réalisé en même temps d'innombrables images individuelles à partir desquelles ils ont calculé l'image proprement dite à l'aide d'algorithmes informatiques. Ils ont ainsi appliqué pour la première fois un principe appelé ptychographie de Fourier à des mesures réalisées avec des rayons X.

Les microscopes à rayons X rendent visibles certains détails un million de fois plus petits qu’un grain de sable, autrement dit des structures de l'ordre du nanomètre . Comme dans le cas d'un microscope normal, lorsque la lumière frappe l'échantillon, elle est déviée par ce dernier. Une lentille capte alors cette lumière diffractée et produit une image agrandie au niveau de la caméra. Toutefois, les structures minuscules diffractent la lumière à de très grands angles. Si l'on veut les visualiser dans l'image, il faut donc une lentille qui soit suffisamment large. «Mais il est extrêmement difficile de fabriquer des lentilles d'une taille pareille, explique Klaus Wakonig, physicien au PSI. Dans le spectre visible, il existe des lentilles capables de capter de très grands angles de diffraction. Dans le domaine des rayons X, en revanche, c'est plus compliqué en raison de la faible interaction avec le matériau de la lentille. Par conséquent, la plupart des lentilles peuvent capter uniquement des angles très petits, ou alors la lentille a une très faible efficacité.»

La nouvelle méthode développée par Klaus Wakonig et ses collègues contourne ce problème. Le résultat se présente comme s'il avait été obtenu au moyen d'une grande lentille, résume le chercheur. L'équipe du PSI se sert d'une lentille petite mais efficace, comme celle qui est utilisée dans la microscopie à rayons X, et la déplace sur une zone correspondant à celle qu'une lentille idéale serait capable de couvrir. Cela crée virtuellement une grande lentille. Ainsi, les chercheurs déplacent la lentille vers différents points, où ils réalisent chaque fois une prise de vue. Ensuite, ils recourent à des algorithmes informatiques pour relier toutes les images et générer une prise de vue à haute résolution.

L'échantillon que les chercheurs ont analysé dans le cadre de leurs expériences était une puce de détecteur. La nouvelle méthode pourrait permettre à l'avenir de montrer comment fonctionne un catalyseur à hautes températures lorsque l'on ajoute un gaz ou encore à quel moment un métal se rompt sous la pression. Mais elle permettrait aussi de mieux analyser des tissus et des structures cellulaires.