Evropská rentgenová spektroskopie má nový nástroj, který nevypadá na první pohled nijak dramaticky, ale pro materiálový výzkum může znamenat velký posun. V synchrotronovém zařízení BESSY II v Berlíně byl uveden do provozu TES spektrometr, první takový přístroj svého druhu u synchrotronového zdroje v Evropě. Vznikl ve spolupráci Helmholtz-Zentrum Berlin, Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion v Mülheimu an der Ruhr a amerického institutu NIST v Boulderu.

Hlavní rozdíl proti klasickým rentgenovým emisním spektrometrům je v účinnosti. Podle Régise Deckera z HZB, který je odpovědným vědcem nového zařízení, dokáže TES detektor zachytávat fotony přibližně 100 až 1000krát účinněji než běžné spektrometry používané pro XES a RIXS. To není jen lepší číslo v technické tabulce. Znamená to, že vědci mohou zkoumat materiály, které dosud nedávaly dost signálu na rozumné měření.

248 senzorů chlazených téměř k absolutní nule

TES je zkratka pro Transition Edge Sensor. V tomto případě jde o pole 248 supravodivých senzorů, které pracují při teplotě kolem 25 milikelvinů. To je extrémně nízko, hluboko pod jedním stupněm nad absolutní nulou. Takovou teplotu zajišťuje ředicí chladnička s heliem 3 a heliem 4, tedy technologie známá i z oblasti kvantových počítačů.

Princip je překvapivě elegantní. Když na vzorek dopadne rentgenové záření, materiál následně vyzařuje vlastní fotony. Ty zasáhnou supravodivý senzor a nepatrně ho ohřejí. I tak malá změna stačí k tomu, aby se změnil jeho elektrický odpor. Elektronika založená na SQUID obvodech pak z této změny určí energii jednotlivého fotonu. V článku publikovaném v časopise Review of Scientific Instruments tým uvádí energetické rozlišení 0,7 až 1,8 eV v rozsahu 260 až 900 eV a detekční rychlost až 10 000 fotonů za sekundu napříč celým polem.

Právě vysoká účinnost je zásadní u metod XES a RIXS. Ty sledují fotony, které vzorek po ozáření sám vyzáří, a z nich se dá vyčíst elektronická struktura materiálu. Jenže u velmi tenkých vrstev, nanostruktur nebo hodně zředěných molekulárních systémů byl signál často příliš slabý. Nový spektrometr má tento limit posunout. Autoři jako příklad uvádějí měření monovrstvy hexagonálního nitridu boru a molekulárního systému K3[Fe(CN)6] při submilimolární koncentraci.