La face cachée de la microscopie à rayons X en transmission
Des chercheurs mettent au point une nouvelle méthode pour rendre la lumière diffusée utilisable pour l'imagerie par rayons X dans le domaine du nanomètre
Les microscopes à rayons X sont essentiels pour l'examen des composants et des matériaux, car ils permettent de détecter les changements et les détails dans le matériau. Jusqu'à présent, il était toutefois difficile de détecter de petites fissures ou de minuscules inclusions dans les images. En développant une nouvelle méthode, les chercheurs du Helmholtz-Zentrum Hereon sont désormais en mesure de visualiser de tels changements à l'échelle du nanomètre. La recherche sur les matériaux et l'assurance qualité, en particulier, bénéficieront de ce développement.
Représentation 3D de la structure de l'or sur la base des images en champ sombre (à gauche) et des images d'atténuation (à droite). Les images en champ sombre permettent de reconnaître facilement les irrégularités de la structure interne (marquées par des flèches orange) qui resteraient autrement cachées.
Hereon/ Sami Wirtensohn
La qualité doit être correcte. Cela s'applique également à la science des matériaux. Lorsque des pièces métalliques sont soudées, il faut savoir si le cordon de soudure est bon - ou si de petites fissures ou des pores se sont formés à l'intérieur, ce qui pourrait entraîner une défaillance. Les matériaux à haute performance, par exemple les électrodes des batteries de voitures électriques ou des piles à combustible, ne doivent pas présenter de défauts pour permettre au courant de circuler sans perturbation.
Afin de mieux comprendre les effets des changements dans les matériaux et de détecter d'éventuels défauts, les rayons X sont utilisés depuis longtemps pour visualiser les défauts dans les matériaux. Dans les images radiographiques conventionnelles, les structures sont rendues visibles grâce à l'atténuation des rayons X. Cependant, cela n'est souvent pas suffisant pour permettre la détection des défauts dans les matériaux. Toutefois, cela n'est souvent pas suffisant pour détecter des structures très petites ou de faible densité.
Combiner l'imagerie et la diffusion
Les chercheurs Sami Wirtensohn et Silja Flenner du groupe du Dr Imke Greving ont maintenant réussi à rendre ces petites structures visibles dans le domaine du nanomètre, en utilisant une nouvelle méthode. Contrairement à une image radiographique classique, ils n'utilisent pas la lumière atténuée elle-même, mais la lumière diffusée par l'objet radiographié, qui est déviée dans différentes directions. "Des structures de taille nanométrique, telles que de minuscules fissures, diffusent la lumière et cette diffusion est visible", explique Sami Wirtensohn, premier auteur de l'étude. Cela permet de voir des détails et des structures qui sont normalement difficiles ou impossibles à voir. La particularité : "La méthode peut même rendre visibles des structures dont la résolution est inférieure à celle du microscope à rayons X", explique Silja Flenner, à l'origine du projet.
Le défi posé par cette nouvelle approche était que les chercheurs devaient supprimer la lumière atténuée de l'objet dans une certaine mesure pour que l'image diffusée devienne visible. En microscopie à rayons X, ils utilisent donc des optiques qui redirigent la lumière des rayons X de manière à ce que les rayons suivent un schéma connu. Ces faisceaux de rayons X peuvent ensuite être bloqués par l'installation d'ouvertures. La lumière diffusée, en revanche, change de direction lorsqu'elle pénètre dans l'échantillon et peut passer à travers les ouvertures. Il en résulte ce que l'on appelle une image en champ sombre, pour la première fois avec une résolution de l'ordre du nanomètre. "Nous obtenons ainsi une image dans laquelle les nanostructures sont très clairement visibles en raison de la diffusion", explique Sami Wirtensohn.
Peu d'efforts, beaucoup d'impact
Pour la recherche sur les matériaux, il s'agit d'un gain avec peu d'efforts. "Pour la première fois, il existe une méthode pratique d'imagerie en champ sombre qui peut être facilement mise en œuvre dans un microscope à rayons X", explique Imke Greving, qui dirige l'équipe de microscopie à rayons X sur la ligne de faisceau d'imagerie Hereon P05 au Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY). De tels microscopes à rayons X sont utilisés dans de grandes installations synchrotron, appelées accélérateurs de particules, dont il n'existe que quelques dizaines dans le monde. Ceux-ci pourraient facilement être équipés d'une ouverture pour permettre la microscopie à champ sombre. Cela serait intéressant car les entreprises ou les chercheurs en matériaux pourraient à l'avenir rechercher beaucoup plus facilement les minuscules défauts et imperfections des matériaux. L'équipe de Sami Wirtensohn vient de présenter son nouveau développement dans la revue scientifique Optica.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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