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Holografie: Bislang schärfste Röntgenhologramme erzeugt

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Holografietechnik | Ein kohärenter Röntgenstrahl beleuchtet sowohl die Probe als auch die Löcheranordnung daneben. Ein Detektor fängt die von beiden Objekten gestreute und sich überlagernde Strahlung dann ein. Das resultierende Interferenzmuster enthält alle Bildinformationen und so können die Forscher mit Hilfe eines Computers ein Hologramm daraus erstellen.
Mit Hilfe einer neuen Technik haben Wissenschaftler um Stefano Marchesini vom Lawrence Livermore National Laboratory die Effizienz der Röntgen-Holografie um mehr als drei Größenordnungen gesteigert und nähern sich damit derjenigen einer perfekten Linse an. Ihr Verfahren, das ohne Linse funktioniert, könnte möglicherweise einmal nanometergroße Objekte im Zeitmaßstab atomarer Bewegungen abbilden.

An einer Synchrotronstrahlen-Quelle am Lawrence Berkeley National Laboratory bildeten die Forscher eine weniger als zwei Mikrometer große lithographische Nachbildung von Leonardo da Vincis berühmtem "vitruvianischen Menschen" ab. Bei einer Belichtungszeit von fünf Sekunden besaß das Hologramm eine Auflösung von 50 Nanometern. Am Freie-Elektronen-Laser FLASH am Deutschen Elektronen-Synchrotron in Hamburg nahm das Team hingegen ein Bakterium als Motiv. Bei einer Belichtungszeit von nur 15 Femtosekunden betrug die Auflösung des Hologramms zunächst 150 Nanometer, nach Computerbearbeitung steigerte sie sich auf 75 Nanometer.

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Röntgenhologramm | Das obige Bild zeigt die Streustruktur neben der Lithografie von Da Vincis vitruvianischem Menschen. Unten sind 162 Löcher mit einem Durchmesser von jeweils 150 Nanometern sowie das Bakterium Spiroplasma milliferum zu sehen. Leider vedampfte es durch die intensive Strahlung – allerdings erst nachdem alle Bildinformationen gespeichert waren.
Inspiriert hatte die Forscher nach eigenen Angaben eine Lochkamera, wie sie bereits im antiken Griechenland zu finden war. Allerdings nutzte das Team eine Anordnung von vielen Löchern, um ein helleres Bild zu erzeugen. Ein kohärenter Röntgenstrahl beleuchtet dabei sowohl die Probe als auch die Löcheranordnung, die sich direkt daneben befindet. Die von den Objekten gestreute und sich überlagernde Strahlung wird dann von einem Detektor eingefangen. Das resultierende Interferenzmuster enthält alle Bildinformationen, wie beispielsweise Tiefe oder Höhe, des abzubildenden Gegenstands. Mit genauer Kenntnis über Position und Größe der Löcher können die Forscher nun mittels eines Computers ein dreidimensionales Bild aus diesen Daten rekonstruieren.

Zukünftige Röntgenlaser mit kürzeren Wellenlängen könnten eine Auflösung von nur wenigen Nanometern ermöglichen, glauben die Forscher, und damit vielleicht auch ultraschnelle Filme über Abläufe in der Welt von Atomen und Molekülen – etwa den Wechsel eines Aggregatzustandes. (mp)
05.08.2008

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 05.08.2008

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