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新颖的化学腐蚀工艺为X射线光学制纳米结构

    美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家们发明了一种化学腐蚀工艺,这种工艺不仅可以用来定制用于世界上最亮的X射线源的高性能聚焦设备,也可以用来制造诸如生物传感器以及电池电极等纳米尺度的结构。

   “今天研究人员用来操作X射线的工具非常有限,”来自斯坦福大学的标准同步辐射光源(Stanford Synchrotron Radiation Lightsource,SSRL)研究人员Anne Sakdinawat说。Anne Sakdinawat和SSRL的研究人员Chieh Chang一起发明了新的"V-MACE"工艺。

   “我们用来制造高性能X射线光学的新技术只涉及到几种化学物质,技术简单,易于实现,只需单步就可实现。” Sakdinawat说,“它可在范围广泛的应用中提供了显著的优势。” 这项即将获得专利的技术的细节发表在6月27日的《自然 通讯》上。

   对X射线,特别是高能量或“硬”X射线进行聚焦,在纳米尺度上具有特别的挑战性,但是它是SSRL和LCLS(Linac Coherent Light Source)X射线激光两处实验室中许多科学研究成功的关键。

   它在商业应用中也很有应用前景,如X射线显微镜,复杂电子学和生物医学设备以及成像工具。

   现有的用于聚焦硬X射线的工具,例如专用反射镜,以及形成镜头的一系列凹金属结构,通常仅仅用于X射线整形。聚焦最高能量的X射线以产生清晰的图像仍然是一个挑战,这是因为聚焦工具本身通常缺乏纳米尺度的精度从而导致很高的X射线能量损失。

   “制造同时提供高分辨率和高效率的结构在技术上很困难,”Sakdinawat说道,X射线“衍射光学”结构的有效性,通常基于高度和横向特征尺寸的精度。

   新的制造技术是源自一种为研究先进电池和电子产品而制造头发丝状硅线的工艺,它可以制造深宽比为100的结构,其尺寸精度为十亿分之一米,这项技术减少了为构造高深宽比结构所需的多层堆砌。

   研究人员用蚀刻技术来构建精密的、高深宽比的、被称为区位板(zone plates)的X射线衍射光学。区位板以微细的线对、对称圆环或螺旋图案交替遮挡或者相移X射线,可使X射线通过区位板时分离或重新聚焦,从而改善聚焦并产生更高质量的图像。

   “基本上,这就像是一个人工晶体,”Sakdinawat说,像晶体一样以一个可预测的图案衍射X射线。“基本上你可以(基于光学设计和实验的需要)以一种你想要的任何模式来操纵光,你可以以不同的方法来对光束进行整形”,她说。

   Sakdinawat和Chang在SSRL测试和成像样品波带片,他们希望在SSRL和LCLS建造类似波带片用于实验。

   同样的技术可以被用于构建其他类型的精密硅和涂覆金属的纳米结构,比如过滤设备,热电设备和微小的生物传感器零件。其中热电设备可以用热来发电,生物传感器零件可以嵌入人体。研究人员正在努力调整工艺以适应政府机构和企业合作伙伴的需求。

   “我们正试图扩展到其他领域,”Sakdinawat说:“它有许多不同的应用。”

   文章编译自 Novel Chemical Etching Process to Fabricate Custom Nanostructures for X-ray Optics,由无锡奥普顿光电子有限公司翻译。原文发表于2014年7月23日。

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