Stichting FOM
29 juli 2009, 2009/23
Scherp gebundelde röntgenstraling zorgt voor 'doorzichtig' aluminium
Op de website van het prestigieuze tijdschrift Nature publiceren
fysicus Bob Nagler (Oxford University) en zijn internationale
collega's een doorbraak op het gebied van niet-lineaire optica. Met de
intense röntgenbron FLASH van het Hamburgse DESY-instituut wisten ze
de röntgenabsorptie van aluminium te verzadigen. Het materiaal
absorbeert dan geen röntgenlicht meer en laat het ongehinderd door.
Medewerkers van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen,
gespecialiseerd in optieken voor zachte röntgenstraling, hielpen FLASH
scherp genoeg te bundelen. Verzadigbare absorptie was tot nu toe
alleen waargenomen bij veel minder energierijk zichtbaar en infrarood
licht.
Figuur 1. Hoge-resolutie electronenmicroscoop-opname van een
Molybdeen-Silicium multilaag
vergroten Figuur 1. Hoge-resolutie electronenmicroscoop-opname van een
Molybdeen-Silicium multilaag
Hoge-resolutie electronenmicroscoop-opname van een Molybdeen-Silicium
multilaag. Een lagenpaar heeft een dikte van ongeveer 6 nanometer
(miljardste meter), de helft van de te reflecteren golflengte wanneer
het licht loodrecht op de multilaag invalt.
Credit: nSI / FOM-Rijnhuizen
Absorptie van een specifieke golflengte (energie) van licht werkt
alleen als het materiaal er een geschikte ontvanger voor heeft:
elektronen met het juiste energieniveau (elektronenschil). Elk
opgenomen lichtdeeltje kaatst een elektron uit de absorberende schil
naar een aangeslagen toestand, waarna het weer terugvalt naar zijn
originele toestand. Als er genoeg energie in het materiaal wordt
gepompt, raken elektronen die terugvallen uit de hogere
energietoestand meteen weer aangeslagen. Er wordt dan geen licht meer
geabsorbeerd, omdat er geen elektronen meer klaarstaan om extra licht
op te nemen.
Multilaagspiegel
In lasertechnologie wordt verzadigbare absorptie al veel toegepast,
maar tot nu toe was het verschijnsel alleen te produceren met
zichtbaar en infrarood licht. Dat is tot honderd keer minder
energierijk dan röntgenstraling. Die lagere energie zorgt ervoor dat
het veel langer duurt voor een aangeslagen foton terugvalt naar zijn
originele elektronenschil. De lichtbundel hoeft dus minder intens te
zijn om verzadigbare absorptie op te wekken. Om het proces met
röntgenstraling op gang te krijgen, was het nodig de FLASH-bron
extreem scherp te bundelen, met speciale multilaagspiegels die
röntgenlicht kunnen focusseren.
Prof. Fred Bijkerk, hoofd van de Rijnhuizense afdeling nSI (nanolayer
Surface and Interface Physics): "Wij ontwikkelen in samenwerking met
de onderneming Carl Zeiss soortgelijke multilaagspiegels, die tot 71%
van de in dit onderzoek gebruikte zachte röntgenstraling kunnen
weerkaatsen, het huidige wereldrecord." Bijkerk's team werkt nauw
samen met Carl Zeiss, dat optieken levert voor de apparatuur die met
zachte röntgenstraling of extreem ultraviolette straling de nieuwe
generatie van nog compactere computerchips op silicium wafers
afbeeldt. De multilaagspiegels zijn aanvankelijk ontwikkeld voor
fundamenteel onderzoek. De kennis uit de industriële toepassing ervan
wordt nu weer toegepast in nieuw fysisch onderzoek.
Referentie
Het artikel 'Turning solid aluminium transparent by intense soft X-ray
photoionization' in het tijdschrift Nature is als PDF op aanvraag
beschikbaar bij Gieljan de Vries, hoofd publieksvoorlichting en
communicatie, FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen, telefoon +31
(0)30 609 69 02.
Meer informatie
Voor meer informatie kunt u terecht bij:
Prof.dr. Fred Bijkerk, afdelingshoofd nanolayer Surface & Interface
physics (nSI), telefoon +31 (0)30 - 609 69 17.
Dr. Eric Louis, groepsleider Advanced applications of XUV optics
(AXO), telefoon +31 (0)30 - 609 67 82.