美研制出新型X光納米顯微鏡

據美國物理學家組織網近日報道，美國加利福尼亞大學聖地亞哥分校物理學家開發出一種新型X光顯微鏡，不僅能透視材料內部結構，而且洞察之細微達到了納米水平。該顯微鏡有助於開發更小的數據存儲設備，探測物質化學成分，拍攝生物組織結構等。研究論文發表在《美國國家科學院院刊》上。

X光納米顯微鏡不是通過透鏡成像，而是靠強大的算法程序計算成像。“這種數學運算方法相當復雜，其原理有點像哈勃太空望遠鏡，就是讓最初看到的模糊圖像變得清晰鮮明。”領導該研究的加州大學聖地亞哥分校副教授奧裏格·夏佩克解釋說，X光探測到物質的納米結構後，會生成衍射圖案，計算機按照運算法則將這種衍射圖案轉化為可辨認的精細圖像。

為了測試顯微鏡透視物體的能力和分辨率，研究小組用釓和鐵元素制作了一種層狀膜。目前信息技術行業多用這種膜來開發高容高速、更微小的內存設備和磁盤驅動器。

“這兩種都是磁性材料，如果結合成一體，就會自然地形成納米磁疇。”夏佩克說，在顯微鏡下面，能看到它們形成的磁條紋。層狀的釓鐵膜看起來就像一塊千層酥，層層褶皺形成了一係列的磁疇，就好像一圈圈指紋的凸起。

“這還是第一次能在納米尺度觀察到磁疇，而且不需要任何透鏡。”夏佩克解釋說，這對開發更小的數據存儲設備非常關鍵，磁比特可以做得更小，也就是說讓磁紋變得更細，從而開發出磁疇更小的材料，就能在更小的空間裏儲存更多數據。

“在目前的磁盤表面上，1個磁比特約15納米大小。我們的顯微鏡能直接拍攝到比特位，這對拓展未來的數據存儲能力打開了新空間。”論文合著者、該校電學與計算機工程教授、磁記錄研究中心的埃裏克·富勒頓說。

此外，該顯微鏡還能用於其他領域。通過調節X光的能量，還能用它來觀察材料內部有哪些元素，這在化學上是非常重要的。在生物學領域，用X光給病毒、細胞及各種不同的組織拍照，要比用可見光拍出來的效果好得多。

夏佩克說，在計算機工程領域，我們希望能以可控的方式造出新型磁性材料和數據存儲設備；在生物和化學領域，能在納米水平操控物質。要達到這些目標要求，必須從納米水平理解材料的性質，而X光顯微技術讓人們真正在納米水平看到了物質內部。