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Probing MHz processes in 3D with X-ray microscopy

Descrizione del progetto

Un microscopio a raggi X ultraveloce per sondare il nanomondo in 3D

Il progetto 3DX-FLASH, finanziato dall’UE, prevede di sviluppare un microscopio a raggi X in grado di filmare i processi in 3D, con una risoluzione temporale di diversi ordini di grandezza più veloce delle tecnologie attuali più avanzate. Il nuovo microscopio eliminerà la necessità di ruotare il campione. Raccoglierà informazioni sul campione in 3D da un singolo flash di raggi X dividendolo in nove fasci scomposti angolarmente che illuminano il campione simultaneamente. Grazie a intensi raggi X come le sorgenti di luce di sincrotrone e a laser a elettroni liberi a raggi X, dovrebbe consentire di filmare i processi naturali con risoluzione spaziale da micrometrica a nanometrica e risoluzione temporale di femtosecondi. Per dimostrare il suo potenziale, il progetto si propone di studiare i processi fondamentali nelle fibre di cellulosa, un biomateriale rinnovabile rivelatosi molto promettente come sostituto della plastica.

Obiettivo

I aim to develop an X-ray imaging technique capable of filming processes in 3D, with a temporal resolution several orders of magnitude faster than up-to-date 3D X-ray imaging techniques.
The unique penetration power of X-rays allows us to study systems in their native environment. This property has led to the development of X-ray microtomography (µCT). µCT acquires 3D information, which determines the functionality and mechanical properties of nature, by rotating a sample with respect to the X-ray source. µCT is a crucial tool for several scientific disciplines such as physics, biology, and chemistry.
Over the last decade, µCT has become a technique capable of not only recording 3D information but also filming dynamical processes. Several breakthroughs have made this possible: i) intense X-ray sources (synchrotron light sources), ii) efficient and fast X-ray detectors, and iii) fast 3D reconstruction algorithms. Despite all of these developments, the acquisition protocols remain unchanged, i.e. the sample is only rotated faster. This fast rotation introduces forces which may alter the studied dynamics and ultimately limit the achievable temporal resolution.
My project is to establish an X-ray microscope that avoids the sample rotation, obtaining 3D information from a single X-ray flash by splitting it into nine-angularly resolved beams which illuminate the sample simultaneously. This approach, when implemented at intense X-ray sources such as synchrotron light sources and X-ray free-electron lasers, will allow the filming of natural processes with micrometer to nanometer resolution and resolve dynamics from microseconds to femtoseconds. To demonstrate its capabilities, I will study fundamental processes in cellulose fibers, a renewable biomaterial, which can replace fossil-based materials, such as plastics. This technique will open up the possibility to film dynamics in 3D to answer questions coming from industry and natural sciences at rates not accessible today.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

ERC-STG - Starting Grant

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito di questo schema di finanziamento

Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2020-STG

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito del bando

Istituzione ospitante

LUNDS UNIVERSITET
Contributo netto dell'UE
€ 1 999 213,00
Indirizzo
Paradisgatan 5c
22100 Lund
Svezia
Regione
Södra Sverige Sydsverige Skåne län
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 999 213,00

Beneficiari (1)