लेजर फ्लैश नैनोवायर्ड में प्रकाश लाता है

सॉफ्ट एक्स-रे विकिरण संरचनात्मक अनुसंधान के नए युग को खोलता है

फ्लैश विवर्तनिक इमेजिंग: प्रयोग का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व Chap एचएन चैपमैन एट अल।
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एक बहुत ही तीव्र और लघु लेजर फ्लैश पर्याप्त था - तब एक अंतरराष्ट्रीय टीम के वैज्ञानिकों को उनकी आवश्यकता थी: एक छोटे, गैर-क्रिस्टलीय नैनोकणों का एक विवर्तन पैटर्न। हैम्बर्ग में DESY में सॉफ्ट एक्स-रे विकिरण (FLASH) के लिए फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर का उपयोग करके, यह नई इमेजिंग प्रक्रिया संरचनात्मक अनुसंधान में एक नए युग की शुरुआत खोल सकती है। क्योंकि "नेचर फिजिक्स" में प्रकाशित प्रयोग अब पहली बार, यहां तक ​​कि गैर-क्रिस्टलाइज़ किए गए नैनॉस्ट्रक्चर को मैप करने की अनुमति देता है।

FLASH, DESY में एक फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर है, जिसका उपयोग 2005 से शॉर्ट-वेव अल्ट्रावायलेट और सॉफ्ट एक्स-रे रिसर्च के लिए किया जाता है। FLASH प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने 32 नैनोमीटर तरंगदैर्ध्य के प्रकाश का एक बहुत तीव्र प्रवाह लिया और एक परीक्षण नमूने पर केवल 25 महिलाओं की लंबाई की अवधि - एक पतली झिल्ली जिसमें तीन माइक्रोमीटर चौड़ा पैटर्न उकेरा गया था। लेजर पल्स की ऊर्जा ने नमूने को लगभग 60, 000 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया, इसलिए यह वाष्पित हो गया।

उच्च अस्थायी और स्थानिक संकल्प

हालांकि, अंतरराष्ट्रीय अनुसंधान टीम नमूना नष्ट होने से पहले एक सार्थक विवर्तन पैटर्न पर कब्जा करने में सफल रही। विवर्तन पैटर्न से विशेष गणना विधियों के साथ निर्धारित की गई छवि ने कोई विकिरण क्षति नहीं दिखाई, द्वि-आयामी परीक्षण वस्तु को डिटेक्टर के अधिकतम संभव समाधान तक पुनर्निर्माण किया जा सकता है। सैंपल को नुकसान तब तक नहीं हुआ जब तक कि अल्ट्राशॉर्ट लेजर पल्स इसे पार नहीं कर गया।

मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर प्रणाली FLASH © DESY / HN चैपमैन एट अल पर एक प्रयोग में लिए गए एक माइक्रोस्ट्रक्चर नमूने का विवर्तन पैटर्न।

प्रयोग से पता चलता है कि निकट भविष्य में एकल अति लघु, अत्यंत तीव्र लेजर पल्स की मदद से नैनोकणों या यहां तक ​​कि एकल बड़े मैक्रोमोलेक्यूल्स - वायरस या कोशिकाओं की छवियों को रिकॉर्ड करना संभव होगा। "प्रायोगिक सिद्धांत ने पहली बार DESY के नए FLASH मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर में प्राकृतिक विज्ञानों में संरचनात्मक विज्ञान में क्रांति लाने का वादा किया है, जिसमें जीवन विज्ञान भी शामिल है, जहाँ बहुत उच्च स्थानिक और लौकिक संकल्प वाली छवियों की आवश्यकता होती है, " वह बताती हैं। प्रोफेसर जोचेन श्नाइडर, DESY अनुसंधान निदेशक और प्रकाशन के सह-लेखक। "केवल तीव्र, सुसंगत प्रकाश के साथ एकमात्र लेज़र के रूप में, केवल 25 स्त्रीलोक की अवधि के नरम एक्स-रे रेंज में चमकती है, FLASH इन और अन्य उपन्यास प्रायोगिक तकनीकों का अध्ययन करने के लिए विकिरण का दुनिया का पहला स्रोत है।"

लेंस के बिना चित्रण

चूंकि नई "सिंगल-शॉट" इमेजिंग प्रक्रिया को लेंस के बिना किया जा सकता है, इसलिए विधि को परमाणु संकल्प के रूप में जल्द ही विकसित किया जा सकता है, जैसे ही एक्स-रे लेज़रों के साथ भी कम तरंग दैर्ध्य उपलब्ध होते हैं। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के प्रोफेसर हेनरी चैपमैन और उप्साला विश्वविद्यालय के प्रोफेसर जानोस हज्दू के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय शोध समूह द्वारा किया गया प्रयोग, क्रांतिकारी नई माप तकनीकों के लिए शोधकर्ताओं की महान आशाओं को रेखांकित करता है। भविष्य के हार्ड-इलेक्ट्रॉन मुक्त-इलेक्ट्रॉन लेजर के अवसर, जैसे कि स्टैनफोर्ड, कैलिफोर्निया में लिनैक सुसंगत प्रकाश स्रोत एलसीएलएस, जो निर्माणाधीन है, या हैम्बर्ग में यूरोपीय एक्सएफईएल सुविधा। प्रदर्शन

गति नमूने की सुरक्षा करती है

इमेजिंग विधियों को अक्सर इस तथ्य से सीमित किया जाता है कि जिस विकिरण के साथ छवि उत्पन्न होती है वह नमूने की जांच को नष्ट कर देती है। यह विशेष रूप से जीवन विज्ञान के लिए एक कठिन प्रतिबंध है। "हालांकि, इस समस्या का एक तरीका है, " जानोस हज्दू बताते हैं। "हमें छवि को तेजी से कैप्चर करने की आवश्यकता है, जिससे नमूना विकिरण द्वारा नष्ट हो सकता है।" इसके अलावा, इस दृष्टिकोण से छवि को महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करने का लाभ है बड़े अणुओं का निर्माण करें, पहले से विस्तृत स्फटिक के बिना।

एकल-शॉट विधि में एक विवर्तन पैटर्न को रिकॉर्ड करने के लिए, केवल एक ही आणविक परिसर की आवश्यकता होती है, जो तब एक अल्ट्रा-शॉर्ट, अत्यंत तीव्र एक्स-रे लेजर पल्स के साथ विकिरणित होता है एक विवर्तन छवि बनाने के लिए। ऐसी कई विवर्तन छवियों से एक तब परमाणुओं की स्थानिक व्यवस्था का निर्धारण करेगा। सैद्धांतिक अध्ययनों ने भविष्यवाणी की थी कि गैर-क्रिस्टलीय वस्तुओं की ऐसी विवर्तन छवि प्राप्त करना वास्तव में संभव होगा।

", लेकिन दो बड़े सवाल थे, " हजडू बताते हैं। एक मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर का एक एकल फ्लैश एक्स-रे विकिरण नमूना को प्लाज्मा में बदलने से पहले एक सार्थक छवि बनाता है? और क्या इस विवर्तन पैटर्न में वस्तु के नष्ट होने से पहले उसके बारे में संरचनात्मक जानकारी होती है? हमारे प्रयोग के अनुसार दोनों प्रश्नों का उत्तर ja questions के साथ दिया जा सकता है

छोटी तरंग दैर्ध्य रेंज में विस्तार की योजना है

परमाणु संकल्प के साथ आणविक परिसरों की छवियों को प्राप्त करने के लिए, इस तरह के प्रयोगों को और भी छोटे तरंग दैर्ध्य के विकिरण की मदद से किया जाना चाहिए, अर्थात कठोर एक्स-रे रेंज में। इस तरह की कठोर एक्स-रे का उत्पादन 2009 में स्टैनफोर्ड में एलसीएलएस से और हैम्बर्ग में यूरोपीय एक्स-रे लेजर एक्सएफईएल द्वारा किया जाएगा, जो 2013 में ऑपरेशन में जाएगा। चूंकि FLASH द्वारा सिद्ध की गई विधि में इमेजिंग ऑप्टिक्स की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए इसे हार्ड एक्स-रे की सीमा तक बढ़ाया जा सकता है, जिसके लिए आज तक कोई लेंस नहीं है।

2007 में, फ़्लेश को मूलभूत रूप से उत्पन्न एक्स-रे विकिरण की तरंग दैर्ध्य को कम करने के लिए विस्तारित किया जाएगा ताकि मौलिक रूप से 6 नैनोमीटर और तीसरे हार्मोनिक में 2 नैनोमीटर के डिजाइन मूल्य को कम किया जा सके। FLASH का उपयोग फोटॉन के साथ अनुसंधान के लिए किया जाता है और साथ ही यह यूरोपीय एक्स-रे मुक्त-इलेक्ट्रॉन एक्स-रे लेजर XFEL के लिए एक पायलट संयंत्र के रूप में कार्य करता है, जिसे 2007 में बनाया जाएगा।

(जर्मन इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉन (DESY), 14.11.2006 - NPO)