Koherentne korrelatsioonikujutis jälgib nanoskaala kõikumisi

Uut kujutise rekonstrueerimise tehnikat kasutades on Saksamaa ja USA füüsikud teinud selgeid ja üksikasjalikke filme magnetilise materjali nanoskaala kõikumisest. Nende funktsioonide jäädvustamiseks juhtis meeskond Christopher Klose Berliini Max Borni Instituudis kasutas täiustatud algoritmi, et tuvastada korrelatsioonid mitme röntgenpildi ruumiliste mustrite vahel.

Fluktuatsioonid ja faasisiired on aine peaaegu universaalsed tunnused ning nende nähtuste jälgimiseks nanoskaalal saab kasutada röntgen- ja elektronkuvamistehnikaid. Nendel meetoditel on aga omane kompromiss kõrge ruumilise eraldusvõime ja kõrge ajalise eraldusvõime vahel – viimast on vaja kõikumiste ja faasiüleminekute dünaamika jälgimiseks.

Kuigi nii ajalist kui ka ruumilist eraldusvõimet saab parandada valgustuse suurendamisega, võivad intensiivsed röntgeni- ja elektronkiired kahjustada proovi tundlikke omadusi.

Selle piirangu ületamiseks on Klose'i meeskond välja töötanud tehnika, mida nimetatakse koherentseks korrelatsioonipildiks (CCI). Nende lähenemisviis tugineb asjaolule, et nanoskaala kõikumised ei ole täiesti juhuslikud, vaid näitavad eristatavaid ruumilisi mustreid.

Palju hetktõmmiseid

CCI hõlmab kõigepealt tuhandete proovivõtete kiiret järjestikust võtmist, kasutades suhteliselt madalat valgustust. Kuigi need hetktõmmised näivad olevat enamasti üksteisest eristatavad, leidsid teadlased, et need sisaldavad piisavalt teavet iga pildi kategoriseerimiseks hierarhilise rühmitamisalgoritmi abil. See sorteerib pildid selgete korrelatsioonidega ruumimustritega rühmadesse. Kombineerides igas rühmas pilte, suutis meeskond rekonstrueerida proovides olevate mustrite selged kujutised.

Oma lähenemisviisi demonstreerimiseks kasutasid Klose ja kolleegid õhukese kilega ferromagneti kõikumiste pildistamiseks CCI-d ja röntgenikiirgust. Seda materjali kasutatakse laialdaselt tänapäevastes kõvaketastes, kus teave on kodeeritud magnetdomeenidesse. Need on nanomõõtmelised piirkonnad, kus magnetiseerimine võib osutada kahes vastassuunas. Need domeenid on teadaolevalt toatemperatuuril väga stabiilsed ja kõikumiste tõttu läheb vähe teavet. Seni pole aga teadlastel õnnestunud seda stabiilsust otse materjali pildistamise teel kinnitada.

Röntgenmikroskoopia teravdab

Klose meeskond kasutas CCI-d, et testida ferromagneti stabiilsust temperatuuril 37 °C, mis on toatemperatuurist kõrgem. Algoritm ei jäänud kaugeltki staatiliseks, vaid tuvastas filmis üleminekud 30 erineva domeeni oleku vahel. Nende olekute sarnasust hinnates määrasid teadlased ka üleminekute toimumise järjekorra. See võimaldas Klosel ja kolleegidel luua kõikumiste kohta selged ja üksikasjalikud filmid.

Täiendavate täiustuste abil võib CCI peagi võimaldada teadlastel vastata põhiküsimustele, mis puudutavad faasisiirete olemust täiustatud materjalides, sealhulgas kõrge temperatuuriga ülijuhtides. Klose ja kolleegid loodavad nüüd laiendada oma tehnikat elektronmikroskoopiale, võimaldades neil rekonstrueerida pilte veelgi väiksematel skaalal.

Tehnikat on kirjeldatud artiklis loodus.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/coherent-correlation-imaging-tracks-fluctuations-on-the-nanoscale/