美新型X光顯微鏡可觀奈米水準圖像

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奈米水準。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光奈米顯微鏡不是通過透鏡成像,而是靠強大的演算法程式計算成像。“這種數學運算方法相當複雜,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光探測到物質的奈米結構後,會生成衍射圖案,電腦按照運演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解析度,研究小組用釓和鐵元素製作了一種層狀膜。目前資訊技術行業多用這種膜來開發高容高速、更微小的記憶體設備和磁片驅動器。

“這兩種都是磁性材料,如果結合成一體,就會自然地形成奈米磁疇。”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,層層褶皺形成了一系列的磁疇,就好像一圈圈指紋的凸起。

“這還是第一次能在奈米尺度觀察到磁疇,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。

“在目前的磁片表面上,1個磁比特約15奈米大小。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、該校電學與電腦工程教授、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,在電腦工程領域,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,能在奈米水準操控物質。要達到這些目標要求,必須從奈米水準理解材料的性質,而X光顯微技術讓人們真正在奈米水準看到了物質內部。