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Lichtsieb bündelt Röntgenstrahlen

Durchlöcherte Folie als Linse / Extrem scharfer Brennpunkt

Von Rainer Scharf

Röntgenstrahlen sind wesentlich kurzwelliger als sichtbares Licht. Deshalb kann man mit ihnen winzige Strukturen von Materialien analysieren, die unter einem Lichtmikroskop nicht mehr zu erkennen sind. Dank neuartiger Lichtquellen, wie sie beispielsweise am Deutschen Elektronen-Synchroton (Desy) in Hamburg entwickelt worden sind, stehen für die Material- und Strukturanalyse seit kurzem äußerst intensive Röntgenstrahlen zur Verfügung. Es bereitet allerdings noch einige Schwierigkeiten, diese auf das zu untersuchende Objekt zu fokussieren. Glaslinsen sind dafür nicht geeignet, da sie die energiereiche Strahlung nur geringfügig ablenken und fast völlig absorbieren. Jetzt haben Wissenschaftler von den Universitäten Kiel und Hamburg eine neuartige Linse entwickelt, die wie ein Sieb aussieht und Röntgenlicht extrem stark bündeln kann.

Die Röntgenlinse, die Lutz Kipp und seine Mitarbeiter inzwischen auch patentiert haben, besteht aus einer für Röntgenstrahlen undurchlässigen Folie, die mit Tausenden von winzigen Löchern versehen ist ("Nature", Bd. 414, S. 184). Diese sind in einem komplizierten Muster angeordnet und besitzen verschieden große Durchmesser. Von jedem Loch, das von der Strahlung getroffen wird, geht hinter der Folie eine kugelförmige Lichtwelle aus. Die Wellen überlagern einander in ähnlicher Weise wie Wasserwellen auf einem Teich, in den man eine Handvoll Steine geworfen hat. Auf diese Weise bildet sich ein kompliziertes Interferenzmuster mit einem scharf umrissenen hellen Bereich. In dessen Zentrum ist die Strahlung besonders intensiv. Dort befindet sich der Brennfleck der Röntgenlinse.

Die Wissenschaftler haben das Prinzip der Röntgenlinse allerdings bislang nur an einem Modell im Maßstab 100:1 getestet. Die Abstände der Löcher und ihre Durchmesser waren hundertmal so groß wie bei der wirklichen Röntgenlinse. Statt mit Röntgenlicht wurde die Modelllinse deshalb mit rotem Laserlicht bestrahlt. Dessen Wellenlänge unterschied sich um einen Faktor hundert von der Wellenlänge der Strahlung, die später einmal verwendet werden soll. Es stellte sich heraus, daß der von der Linse erzeugte Brennfleck bereits deutlich kleiner war als der Durchmesser des kleinsten Loches in der Folie. Aufgrund dieser Experimente erwarten die Forscher, daß er bei der späteren Röntgenlinse nur wenige Nanometer groß sein wird. Eine richtige Röntgenlinse sollte demnach besser bündeln, als es bislang die sogenannten Fresnelschen Linsen vermögen, die man heutzutage zum Fokussieren für Röntgenstrahlen benutzt.

Die Forscher um Kipp suchen derzeit noch nach dem besten Material und dem geeignetsten Fertigungsverfahren für ihre Röntgenlinse. Diese könnte zum Beispiel aus einer dünnen Metallfolie bestehen, in die man mit einem feinen Ionenstrahl Löcher hineinschießt. Die Folie wird dann einen Röntgenstrahl fokussieren, der eine festumrissene Wellenlänge von wenigen Nanometern hat. Mit dem stark fokussierten Strahl will man die Struktur und die chemische Zusammensetzung von Materialproben mit einer Auflösung von wenigen Nanometern untersuchen können. 

Abb. (65 kB!)

Diese Folie ist mit Tausenden von Löchern versehen, die in einem komplizierten Muster angeordnet sind. Sie kann dadurch einen Röntgenstrahl stark bündeln.
Foto Universität Kiel
 

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 21.11.2001, Nr. 271 / Seite N2

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