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新技术可捕捉材料波动的高清影像

作者:科技日报 发布日期:2023-02-01 浏览406次

  德国马克斯·玻恩研究所、亥姆霍兹中心、美国布鲁克海文国家实验室和麻省理工学院研究人员组成的团队,开发出一种革命性的新方法,利用强大的X射线源捕获纳米级材料波动的高分辨率图像。这种新技术允许创建清晰、详细的影像,而不会因过度辐射损坏样本。研究结果近日发表在《自然》杂志上。

  世界的微观领域是不断运动的,并以不断变化为标志。即使在看似不变的固体材料中,这些波动也可能产生不寻常的性质;高温超导体中电流的无损传输就是一个例子。在相变过程中,波动尤其明显,材料会改变其状态,例如在熔化过程中从固体变成液体。然而,详细研究这些过程是一项艰巨的任务,捕捉到这些波动模式的影像就更具挑战性。

  联合研究团队开发出一种新的无损成像方法,称为相干相关成像。为了制作一段影像,他们快速连续地拍摄样本的多个快照,同时降低足够的光照以保持样本的完好无损。尽管这会导致个别图像中样品的波动模式变得不清晰,但这些图像仍包含足够的信息以将它们分成几组。

  研究团队首先创建一种新的算法来分析图像之间的相关性。每个组中的快照非常相似,因此可能来自相同的特定波动模式。只有当一组中的所有镜头一起观看时,才会出现样本的清晰图像。科学家们现在能将每一张快照与样本当时状态的清晰图像联系起来。

  该团队在由薄磁性层制成的样品上展示了相干相关成像。他们创建了一张地图,显示了被称为磁畴的区域之间边界的首选位置。这张地图和运动的影像使人们更好地理解了材料中的磁性相互作用,促进了未来在先进计算机体系结构中的应用。

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