Un nouvel algorithme qui compense les déficiences des lentilles à rayons X pourrait rendre les images des microscopes à rayons X beaucoup plus nettes et de meilleure qualité que jamais, affirment des chercheurs de l'Université de Göttingen, en Allemagne. Des tests préliminaires effectués au synchrotron électronique allemand (DESY) à Hambourg ont montré que l'algorithme permet d'atteindre une résolution inférieure à 10 nm et un contraste de phase quantitatif, même avec une optique très imparfaite.
Les microscopes à rayons X standard sont des outils d'imagerie non destructifs capables de résoudre des détails jusqu'au niveau 10 nm à des vitesses ultrarapides. Il existe trois techniques principales. La première est la microscopie à rayons X à transmission (TXM), développée dans les années 1970 et qui utilise des plaques à zones de Fresnel (FZP) comme lentilles d'objectif pour imager et agrandir directement la structure d'un échantillon. La seconde est l’imagerie diffractive cohérente, qui a été développée pour contourner les problèmes associés aux lentilles FZP imparfaites en remplaçant la formation d’images basée sur les lentilles par un algorithme itératif de récupération de phase. La troisième technique, la microscopie à rayons X plein champ, est basée sur l'holographie en ligne et possède à la fois une haute résolution et un champ de vision réglable, ce qui la rend très adaptée à l'imagerie d'échantillons biologiques avec un faible contraste.
Combiner trois techniques
Dans le nouveau travail, des chercheurs dirigés par Jakob Soltau, Markus Osterhoff et Tim Salditt de Institut de physique des rayons X de Göttingen a montré qu'en combinant les aspects des trois techniques, il est possible d'obtenir une qualité d'image et une netteté bien supérieures. Pour ce faire, ils ont utilisé une plaque de zone multicouche (MZP) comme objectif pour obtenir une résolution d’image élevée, associée à un schéma de récupération de phase itératif quantitatif pour reconstruire la façon dont les rayons X se transmettent à travers l’échantillon.
La lentille MZP est constituée de couches finement structurées de quelques couches atomiques d'épaisseur déposées à partir d'anneaux concentriques sur un nanofil. Les chercheurs l'ont placé à une distance réglable entre l'échantillon en cours d'imagerie et une caméra à rayons X dans le faisceau de rayons X extrêmement lumineux et focalisé de DESY. Les signaux qui frappaient la caméra fournissaient des informations sur la structure de l’échantillon, même s’il absorbait peu ou pas de rayonnement X. "Il ne restait plus qu'à trouver un algorithme approprié pour décoder les informations et les reconstruire en une image nette", expliquent Soltau et ses collègues. "Pour que cette solution fonctionne, il était crucial de mesurer avec précision la lentille elle-même, qui était loin d'être parfaite, et de renoncer complètement à l'hypothèse selon laquelle elle pourrait être idéale."
La microscopie à rayons X se précise
« Ce n'est que grâce à la combinaison d'objectifs et de reconstruction numérique d'images que nous avons pu obtenir une qualité d'image élevée », poursuit Soltau. «À cette fin, nous avons utilisé la fonction de transfert dite MZP, qui nous permet, entre autres contraintes, de supprimer des optiques parfaitement alignées, sans aberrations ni distorsions.»
Les chercheurs ont surnommé leur technique « imagerie basée sur un reporter » car, contrairement aux approches conventionnelles qui utilisent un objectif pour acquérir une image plus nette de l'échantillon, ils utilisent le MZP pour « signaler » le champ lumineux derrière l'échantillon, plutôt que en essayant d'obtenir une image nette dans le plan du détecteur.
Tous les détails de la recherche sont publiés dans Physical Review Letters.
