斯旺西大學(xué)（Swansea University）的研究人員為中性原子束顯微鏡創(chuàng)造了一種新的成像方法，可大大加快顯微鏡圖像的獲取速度。中性原子束顯微鏡已成為科學(xué)研究的一個(gè)重點(diǎn)，因?yàn)樗�能夠�(qū)ι逃蔑@微鏡無(wú)法成像的表面進(jìn)行成像，例如細(xì)菌生物膜、冰膜或有機(jī)光伏系統(tǒng)等精細(xì)樣品，這些樣品通常會(huì)受到電子、離子或光子的破壞或改變。

這些顯微鏡通過(guò)從表面散射一束低能中性粒子（通常是氦原子）來(lái)掃描其結(jié)構(gòu)和成分。

目前，中性原子束顯微鏡通過(guò)一個(gè)微小針孔照射材料，掃描樣品的位置，然后捕捉分散的光束來(lái)生成圖像。然而，這種方法有一個(gè)很大的局限性：成像過(guò)程耗時(shí)，因?yàn)樗�是一次測(cè)量一個(gè)像素。通過(guò)減小針孔直徑來(lái)提高分辨率會(huì)大大降低光束通量，從而導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間更長(zhǎng)。

斯旺西大學(xué)最近的一項(xiàng)研究為解決這一問(wèn)題提供了可行的方案�；瘜W(xué)系吉爾-亞歷山德羅維奇（Gil Alexandrowicz）教授的研究小組開發(fā)出了一種更快的針孔掃描替代方法。

他們利用一束氦-3 原子（普通氦的一種稀有輕同位素）展示了這項(xiàng)新技術(shù)。新方法包括將原子束穿過(guò)非均勻磁場(chǎng)，并在原子束粒子與樣品相互作用時(shí)利用核自旋前沖對(duì)其位置進(jìn)行編碼。

圖片:搜狗截圖20240823225327.png

斯旺西研究小組的博士生Morgan Lowe設(shè)計(jì)了磁編碼裝置，并進(jìn)行了第一批實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這種新方法。值得注意的是，測(cè)得的光束輪廓與數(shù)值模擬結(jié)果非常吻合。研究人員還進(jìn)行了進(jìn)一步模擬，結(jié)果表明磁編碼技術(shù)可以顯著提高圖像分辨率，而所需時(shí)間卻比傳統(tǒng)針孔顯微鏡方法少得多。我們開發(fā)的方法為中性光束顯微鏡領(lǐng)域帶來(lái)了各種新機(jī)遇。它可以提高圖像分辨率，而不需要過(guò)長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間，還有可能根據(jù)所研究樣品的磁特性實(shí)現(xiàn)新的對(duì)比機(jī)制。

Alexandrowicz說(shuō)：“我們開發(fā)的方法為中性束顯微鏡領(lǐng)域開辟了各種新的機(jī)會(huì)。它應(yīng)該可以提高圖像分辨率，而不需要過(guò)長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間，并且還具有基于所研究樣品的磁性特性啟用新的對(duì)比機(jī)制的潛力。在不久的將來(lái)，我們將進(jìn)一步開發(fā)這種新方法，以創(chuàng)建一個(gè)完全正常工作的磁編碼中性光束顯微鏡原型。這將有助于測(cè)試新技術(shù)的分辨率極限、對(duì)比機(jī)制和操作模式�！�

Alexandrowicz最后說(shuō)：“在更遙遠(yuǎn)的將來(lái)，科學(xué)家和工程師應(yīng)該可以使用這種新型顯微鏡來(lái)表征他們生產(chǎn)和/或研究的敏感而精細(xì)的樣品的形貌和成分�！�

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