长期以来，这一直是一个真理：如果你想研究单个原子的运动和行为，电子显微镜可以提供X射线无法提供的东西。X射线善于穿透样品，例如，它可以让你看到电池内部在充电和放电时发生了什么，但是从历史上看，它们无法像电子那样精确地进行空间成像。
但是科学家们正在努力提高X射线技术的图像分辨率。其中一种方法是X射线断层扫描，它能够对材料的内部进行非侵入性成像。例如，如果你想绘制一个微电路的错综复杂的图，或追踪大脑中的神经元而不破坏所观察的材料，你需要X射线断层扫描，而且分辨率越高，可以用X射线束追踪的现象就越小。
为此，由美国能源部(DOE)阿贡国家实验室领导的一组科学家创造了一种新的方法来提高硬X射线纳米断层摄影的分辨率。(纳米层析是以纳米为尺度的X射线成像。作为比较，一根普通人的头发有100,000纳米宽)。) 该团队利用高级光子源(APS)的强大X射线束建造了一个高分辨率的X射线显微镜，并创建了新的计算机算法来补偿在微小尺度上遇到的问题。利用这种方法，该团队实现了低于10纳米的分辨率。
"我们希望达到10纳米或更好的水平，"阿贡X射线科学部(XSD)光学组的物理学家Michael Wojcik说。"我们为纳米层析学开发了这个，因为我们可以比其他方法更快地获得10纳米范围内的三维信息，但光学和算法也适用于其他X射线技术。"
使用APS光束线32-ID的内部透射X射线显微镜(TXM)--包括由Wojcik在纳米材料中心(CNM)制作的特殊镜头--该团队能够利用X射线的独特特性，在大约一个小时内获得高分辨率的3D图像。但即使是这些图像也没有达到理想的分辨率，因此该团队设计了一种新的计算机驱动技术来进一步改善它们。
该团队试图纠正的主要问题是样品漂移和变形。在这些小范围内，如果样品在光束内移动，哪怕是几纳米，或者如果X射线束在样品本身造成哪怕是最轻微的变化，其结果将是样品的三维图像上出现运动伪影。这可能会使后续分析变得更加困难。
在那么小的范围内，样品漂移可以由各种事物引起，包括温度的变化。为了进行断层扫描，样品也必须在光束中非常精确地旋转，这可能导致运动误差，在数据中看起来像样品漂移。阿贡团队的新算法致力于消除这些问题，从而获得更清晰、更鲜明的三维图像。
"我们开发了一种算法，可以补偿漂移和变形，"阿贡大学XSD研究助理Viktor Nikitin说。"当应用标准的三维重建方法时，我们实现了16纳米范围内的分辨率，但通过该算法，我们将其降低到10纳米。"
研究小组以几种方式测试了他们的设备和技术。首先，他们拍摄了一个具有16纳米宽特征的小板的二维和三维图像，这个小板是由Kenan Li制造的，他当时来自西北大学，现在在DOE的SLAC国家加速器实验室工作。他们能够对该板的结构中的微小缺陷进行成像。然后他们在一个实际的电化学储能装置上进行了测试，使用X射线窥视内部并捕捉高分辨率的图像。
文森特-德-安德拉德(Vincent de Andrade)是这项研究时阿贡的一名光束线科学家，他是该论文的主要作者。"即使这些结果很突出，"他说，"这种新技术仍有很大的空间可以变得更好。"
这个仪器和技术的能力将随着光学和探测器的持续研发工作而提高，并将受益于正在进行的APS的升级。当完成后，升级后的设施将产生高能X射线光束，其亮度是目前可能的500倍，而X射线光学技术的进一步发展将使更窄的光束具有更高的分辨率。
"升级后，我们将推动8纳米及以下的分辨率，"尼基丁说。"我们希望这将是一个在越来越小的尺度上进行研究的强大工具。"
该团队的研究发表在《先进材料》上。
