射线分析显微镜

摘要：推陈出新，经典再续蔡司X射线显微镜Xradia 515 Versa正式推出。蔡司上海客户演示中心Xradia 515 Versa演示机器也安装完成，正式启用。蔡司Xradia 510/520 Versa产品于2011年上市，历经近10年的时间考验，该系列产品已广泛应用在科研和工业检测领域，它以其先进技术特点、稳定的产品性能成为了广大用户所青睐的经典款产品。今天我们推出新款Xradia 515 Versa X射线显微镜，保持先进的大样品高分辨率技术优势的同时，还可实现高达500 nm空间分辨率。该产品通过使用更高分辨率的光学元件，实现分辨率的改善和突破。与此同时，该产品还加入了更多的智能的元素，并且具有更广阔的拓展能力。500nm空间分辨率线对卡测试结果在分辨率方面的改进与大样品高分辨率（RaaD）成像技术的结合，保证了Xradia 515 Versa可对各种类型和尺寸的样品实现高分辨率成像。Xradia 515 Versa产品引入了智能防撞系统Smartshield，让操作更加智能、安全。计算机工作站配备上的升级也将大大提升了数据处理能力。此外，Xradia 515 Versa系统还可进行扩展和升级，包括原位接口、4D原位试验平台、迭代重构、自动进样装置、平板探测器等多个拓展模块。结合蔡司Xradia平台的灵活性和稳定性，该产品出色的多功能、多应用领域特点将为您的研究工作快速的提供分析成果。蔡司Xradia515 Versa产品外观及丰富的可拓展能力通过近10年的发展，蔡司X射线显微镜已有500余台产品被全世界知名的大学、研究机构和企业广泛安装使用。在中国，用户购置设备台数也从不足20台达到80余台。国内知名院校和研究机构包括中科院很多研究院所、上海交通大学、西湖大学、西安交通大学、清华大学等单位都先后购置和使用了该产品。X射线显微镜正成为科研测试中心平台和工业先进检测分析不可或缺的检测手段。由于蔡司X射线显微镜的普及和应用，使用该设备产生的研究成果也层出不穷。在工业检测领域持续为电子半导体无损失效分析和质量控制做出贡献。Xradia 515 Versa产品发布的同时，蔡司中国第一台Xradia 515 Versa样机在上海用户体验中心同步安装完成，现已经正式向广大用户开放。蔡司公司X射线产品以其先进、成熟的产品特质，一直以来秉承透明、诚信销售原则面向广大用户。我们欢迎广大用户来中心进行体验和参观，通过真正的试验了解我们的设备性能，保障您所见的产品性能与您未来所购置产品性能的一致。雄关漫道真如铁，而今迈步从头越。蔡司Xradia 515 Versa的加入将为蔡司X射线显微镜产品注入新的活力。Xradia 515 Versa将再续经典，为X射线显微镜在高校、研究院所以及先进工业检测领域的普及做出更多贡献。

美国能源部阿贡国家实验室的科学家若斯近日宣布：他们已经通过同时使用X射线分析和高精度显微镜，能够同时判定物质接近原子级的物理结构和化学构成。这项研究为运用于能源的各种材料开辟了新路径。 　　扫描隧道显微镜(STM)能让研究人员在原子级看到更大范围的不同材料。但是只能大概看见原子在哪里，并不能提供化学或者磁性方面的信息。若斯最近的一项研究弥补了这一缺陷。他带领的团队综合了阿贡实验室的高级光子源、纳米材料中心和电子显微镜中心所提供的资源，发明了X射线同步加速器扫描隧道显微镜技术。该技术将X射线同步加速器(由高级光子源提供)同STM结合在一起。该团队曾用一个小铜样品检测该技术的局限和优势。只用加速器达不到STM能检测到空间分辨率，但是把两者结合起来就能得到研究者期望的数据。 　　若斯坚信这项技术能帮助科学家和工程师开发新一代的催化剂、纳米磁系统和太阳能电池。对于催化剂，有这种程度的分辨率可以根据个别催化剂显示活性部位在哪里，而且能准确地看到这种反应是怎样发生的。对于太阳能电池，能得到目前降低它效率的表面杂质的更好图像。 　　若斯预测这项新技术将最终能够研究各个原子的电子化学和磁性能。 　　基于这项研究的报告《X射线同步加速器扫描隧道显微镜：同步辐射诱导铜远近场转换的指纹图谱》刊登在《先进功能材料》上。

仪器信息网讯 近日，瑞士保罗谢尔研究所(Paul Scherrer Institute,简称PSI) 的科学家开发了一种X射线显微镜的突破性光学元件——X 射线消色差透镜。这使得 X 射线束即使具有不同的波长也可以准确地聚焦在一个点上。对应成果于3月14日发表在科学杂志Nature Communications上，成果表示，新型X射线镜头将使使用 X 射线研究纳米结构变得更加容易；这种类型的X射线消色差仪将克服衍射光学和折射光学的色差限制，并为宽带X射线管光源在光谱学和显微镜中的新应用铺平道路。DOI: 10.1038/s41467-022-28902-8用于在微纳米尺度上无损研究物质内部结构和元素组成的X射线技术需要高性能的X射线光学系统。为此，在过去的十年中，人们开发了各种类型的反射、折射和衍射光学元件。衍射和折射光学元件已成为大多数高分辨率X射线显微镜的组成部分。然而，始终遭受固有色差的影响。到目前为止，这限制了它们在窄带辐射中的使用，从本质上说，这类高分辨率X射线显微镜仅限于高亮度同步辐射源。与可见光光学类似，解决色差的一种方法是将具有不同色散功率的聚焦光学和散焦光学结合起来。在这次新成果中，PSI科学实现了X射线消色差仪的首次成功实验，该消色差仪由电子束光刻和镀镍制作的聚焦衍射菲涅耳波带片（FZP）和3D打印双光子聚合制作的散焦折射透镜（RL）组成。利用扫描透射X射线显微镜（STXM）和光学显微镜，科学家演示了在宽能量范围内的亚微米消色差聚焦，而无需任何焦距调整。这种类型的X射线消色差仪将克服衍射光学和折射光学的色差限制，并为宽带X射线管光源在光谱学和显微镜中的新应用铺平道路。消色差镜头对于在摄影和光学显微镜中产生清晰的图像至关重要。它们确保不同颜色（即不同波长的光）具有共同的焦点。然而，迄今为止，X 射线还没有消色差透镜，因此只有单色 X 射线才能实现高分辨率 X 射线显微镜。在实践中，这意味着必须从 X 射线光束光谱中滤除所有其他波长，因此只能有效使用一小部分光，从而导致相对低效的图像捕获过程。由 3D 打印机创建的微结构：由 PSI 科学家开发的创新折射结构与衍射元件相结合，形成一个消色差 X 射线镜头，约一毫米长（或高，如图所示）。打开它的末端，就像一个微型火箭。它是由 3D 打印机使用特殊类型的聚合物创建的。该结构的图像由扫描电子显微镜拍摄。图片来源：Paul Scherrer Institute/Umut SanliPSI 科学家团队已通过成功开发用于 X 射线的消色差 X 射线透镜解决了以上问题。由于 X 射线可以揭示比可见光小得多的结构，创新的镜头将特别有利于微芯片、电池和材料科学等领域的研发工作。比可见光消色差更加复杂对于可见光，消色差透镜的应用已经超过200多年。但对于X 射线的消色差透镜直到现在才被开发出来，这一事实乍一看似乎令人惊讶。可见光的消色差透镜是由一对不同的材料组成，当可见光穿透第一种材料时，分散成不同光谱颜色（就像穿过传统的玻璃棱镜时一样），然后这些光谱再通过第二种材料时就会逆转这种分散效果，聚焦在一个点上。（在物理学中，分散不同波长的过程称为“色散”）消色差聚焦原理：散焦折射透镜（RL）的色度作为聚焦菲涅耳波带片（FZP）色度特性的校正器。b扫描电子显微镜（SEM）显示了通过电子束光刻和镍电镀制作的镍FZP，用于对比测量。c由四个堆叠抛物面组成的RL的SEM图像，使用双光子聚合光刻技术进行3D打印。d使用消色差作为聚焦光学元件的扫描透射X射线显微镜（STXM）和光学成像实验装置的草图。PSI 的X 射线纳米科学与技术实验室 X 射线光学与应用研究组负责人、物理学家 Christian David 解释说：“这种适用于可见光范围的基本原理在 X 射线范围内不再起作用。对于 X 射线，没有任何两种材料的光学特性能够在很宽的波长范围内足以抵消另一种材料的影响。换句话说，材料在 X 射线范围内的色散是太相似了。”两个原理而不是两种材料因此，科学家们没有将寻找答案放在在两种材料的组合中，而是探索将两种不同的光学原理联系在一起。“诀窍是要意识到我们可以在衍射透镜前面放置第二个折射透镜，”新研究的主要作者Adam Kubec说。Kubec 目前是 Christian David 小组的研究员，现在为 XRnanotech 工作，XRnanotech 是 PSI 在 X 射线光学研究过程中的一个衍生公司。“多年来，PSI 一直是 X 射线镜片生产的世界领导者，”David 说，“我们为全球同步加速器光源的 X 射线显微镜提供专门的透镜，称为菲涅耳波带片。” David 的研究小组使用已建立的纳米光刻方法来生产衍射透镜。然而，对于消色差透镜中的第二个元素——折射结构——需要一种新方法，这种方法最近才得以实现：微米级的 3D 打印。这最终使 Kubec 能够制作出一种类似于微型火箭的形状。使用消色差仪演示在不同能量下的 STXM 成像。a）使用消色差获得的图b 中所示的Siemens star样品的 STXM 图像，表明在最佳能量约 6.4 keV 的附近，消色差范围 1 keV。b) Siemens star 测试样品的 SEM 图像，外圈和内圈的径向线和间距 (L/S) 的宽度分别为 400 nm 和 200 nm，见红色箭头。c) STXM 的比较结果是使用消色差 (上) 和传统 FZP (下) 获得的能量范围为 6.0 keV 至 6.4 keV。虽然 FZP 图像的对比度随能量快速变化，但使用消色差获得的图像质量变化很小。潜在的商业应用新开发的镜头使得X射线显微镜实现了从研究应用到商业应用（例如工业）的飞跃。“同步加速器源产生如此高强度的 X 射线，以至于可以滤除除单个波长以外的所有波长，同时仍保留足够的光来产生图像，”Kubec 解释说。然而，同步加速器是大型研究设施。迄今为止，在工业界工作的研发人员被分配了固定的光束时间，在研究机构的同步加速器上进行实验，包括 PSI 的瑞士同步辐射光源 SLS。这种光束时间极其有限、昂贵，且需要长期规划。“行业希望在他们的研发过程中拥有更快的响应循环，”Kubec 说，“我们的消色差 X 射线镜头将在这方面提供巨大帮助：它将使工业公司可以在自己的实验室内操作紧凑型 X 射线显微镜。”PSI 计划与 XRnanotech 一起将这种新型镜头推向市场。Kubec 表示，他们已经与专门在实验室规模上建造 X 射线显微镜设施的公司建立了适当的联系。作为元件安装在瑞士同步辐射光源SLS上进行测试为了测试他们的消色差仪的性能，科学家们在将其作为聚焦光学元件安装在瑞士同步辐射光源SLS的cSAXS光束线上。其中一种方法是非常先进的 X 射线显微镜技术，称为 ptychography。“这种技术通常用于检测未知样本，”该研究的第二作者、Christine David 研究小组的物理学家、X 射线成像专家 Marie-Christine Zdora 说，“另一方面，我们使用 ptychography 来表征 X 射线束，从而表征我们的消色差透镜。” 这使科学家能够精确检测不同波长的 X 射线焦点的位置。他们还使用一种方法对新镜头进行了测试，该方法使样品以小光栅步长穿过 X 射线束的焦点。当改变 X 射线束的波长时，使用传统 X 射线镜头产生的图像会变得非常模糊。但是，在使用新的消色差镜头时不会发生这种情况。“当我们最终在广泛的波长范围内获得测试样品的清晰图像时，我们知道我们的镜头正在发挥作用，” Zdora高兴地说道。David 补充说：“我们能够在 PSI 开发这种消色差 X 射线镜头，并且很快将与 XRnanotech 一起将其推向市场，这一事实表明，我们在这里所做的这类研究将在很短的时间内实现实际应用。”