Синхротронный луч, генерируемый ускорителем, подобен мощной струе воды из пожарного шланга: он обладает высокой интенсивностью, но его поперечный размер слишком велик для прецизионных исследований микрообъектов. Чтобы рассмотреть крошечный образец, нужна тонкая игла, а не шланг. В новой установке роль иглы играет стеклянный капилляр — полая трубочка, по которой свет распространяется, многократно отражаясь от внутренних стенок за счёт полного внутреннего отражения, подобно тому как звук голоса эхом разносится в длинном коридоре. Такой капилляр собирает расходящееся излучение и фокусирует его в пятно размером менее микрометра.

Учёные из Орхусского университета (Дания) интегрировали такой капилляр в экспериментальную станцию синхротрона ASTRID2. Они систематически измеряли, как меняются ширина сфокусированного луча, его пространственное положение и коэффициент пропускания света через трубочку при изменении размера источника излучения. Оказалось, что даже если поверхность капилляра не идеально гладкая и часть лучей рассеивается на микронеровностях, можно установить диафрагму — апертурную заслонку, которая отсекает паразитные лучи, не участвующие в формировании изображения. В результате луч сфокусировался в пятно шириной 900 нанометров — это примерно в сто раз тоньше человеческого волоса.

Многие современные материалы — графен, тонкие плёнки, квантовые точки — настолько малы, что обычный широкий луч просто «заливает» их светом, и сигнал от соседних областей смешивается, ухудшая пространственное разрешение. Узкий луч позволяет смотреть точно в нужную точку и видеть, как электроны ведут себя именно там, в пределах выбранной нанометровой области. Это как перейти от полива газона из шланга к точечному капельному орошению каждого отдельного цветка: ресурс подаётся адресно, без потерь на ненужные участки.

Новый фокусирующий капилляр работает в широком диапазоне энергий фотонов — от крайнего ультрафиолета до мягкого рентгена. Это принципиально важно, потому что разные материалы резонансно откликаются на разные энергии квантов: одни переходы возбуждаются в ультрафиолете, другие — в рентгеновской области. Теперь на одной установке можно изучать и химические связи, и электронную структуру, не меняя оптическую схему. А высокая прозрачность капилляра означает, что драгоценный синхротронный свет не тратится впустую, а почти полностью доходит до образца, повышая эффективность эксперимента.