Scherp gebundelde röntgenstraling zorgt voor 'doorzichtig' aluminium
Op de website van het prestigieuze tijdschrift Nature Physics 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.
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 Physics 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.