新型X光納米顯微鏡成功問世

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校物理學(xué)家開發(fā)出一種新型X光顯微鏡，不僅能透視材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且洞察之細(xì)微達(dá)到了納米水平。該顯微鏡有助于開發(fā)更小的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，探測物質(zhì)化學(xué)成分，拍攝生物組織結(jié)構(gòu)等。研究論文發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

X光納米顯微鏡不是通過透鏡成像，而是靠強(qiáng)大的算法程序計(jì)算成像。“這種數(shù)學(xué)運(yùn)算方法相當(dāng)復(fù)雜，其原理有點(diǎn)像哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，就是讓最初看到的模糊圖像變得清晰鮮明。”領(lǐng)導(dǎo)該研究的加州大學(xué)圣地亞哥分校副教授奧里格·夏佩克解釋說，X光探測到物質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)后，會生成衍射圖案，計(jì)算機(jī)按照運(yùn)算法則將這種衍射圖案轉(zhuǎn)化為可辨認(rèn)的精細(xì)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(shù)行業(yè)多用這種膜來開發(fā)高容高速、更微小的內(nèi)存設(shè)備和磁盤驅(qū)動器。

“這兩種都是磁性材料，如果結(jié)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，層層褶皺形成了一系列的磁疇，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(fā)更小的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備非常關(guān)鍵，磁比特可以做得更小，也就是說讓磁紋變得更細(xì)，從而開發(fā)出磁疇更小的材料，就能在更小的空間里儲存更多數(shù)據(jù)。

“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(shù)據(jù)存儲能力打開了新空間。”論文合著者、該校電學(xué)與計(jì)算機(jī)工程教授、磁記錄研究中心的埃里克·富勒頓說。

此外，該顯微鏡還能用于其他領(lǐng)域。通過調(diào)節(jié)X光的能量，還能用它來觀察材料內(nèi)部有哪些元素，這在化學(xué)上是非常重要的。在生物學(xué)領(lǐng)域，用X光給病毒、細(xì)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。

在計(jì)算機(jī)工程領(lǐng)域，我們希望能以可控的方式造出新型磁性材料和數(shù)據(jù)存儲設(shè)備；在生物和化學(xué)領(lǐng)域，能在納米水平操控物質(zhì)。要達(dá)到這些目標(biāo)要求，必須從納米水平理解材料的性質(zhì)，而X光顯微技術(shù)讓人們真正在納米水平看到了物質(zhì)內(nèi)部。