Koherentno korelacijsko slikanje sledi nihanjem na nanometru

Z uporabo nove tehnike rekonstrukcije slike so fiziki v Nemčiji in ZDA posneli jasne in podrobne filme nihanj v magnetnem materialu na nanometru. Da bi zajeli te značilnosti, je ekipa pod vodstvom Christopher Klose na inštitutu Max Born v Berlinu uporabil napreden algoritem za identifikacijo korelacije v prostorskih vzorcih na več rentgenskih slikah.

Fluktuacije in fazni prehodi so skoraj univerzalne značilnosti snovi in ​​tehnike rentgenskega in elektronskega slikanja se lahko uporabljajo za opazovanje teh pojavov na nanometru. Vendar imajo te metode svojstven kompromis med visoko prostorsko ločljivostjo in visoko časovno ločljivostjo – slednja je potrebna za sledenje dinamiki nihanj in faznih prehodov.

Medtem ko je tako časovno kot prostorsko ločljivost mogoče izboljšati s povečanjem osvetlitve, lahko intenzivni žarki rentgenskih žarkov in elektronov poškodujejo občutljive značilnosti vzorca.

Za premagovanje te omejitve je Klosejeva ekipa razvila tehniko, imenovano koherentno korelacijsko slikanje (CCI). Njihov pristop temelji na dejstvu, da nihanja v nanometru niso povsem naključna, ampak namesto tega prikazujejo značilne prostorske vzorce.

Veliko utrinkov

CCI najprej vključuje snemanje na tisoče posnetkov vzorcev v hitrem zaporedju z uporabo relativno nizkih ravni osvetlitve. Čeprav se zdi, da se ti posnetki med seboj večinoma ne razlikujejo, so raziskovalci ugotovili, da vsebujejo dovolj informacij za kategorizacijo vsake slike z algoritmom hierarhičnega združevanja v gruče. To razvrsti slike v skupine s prostorskimi vzorci, ki prikazujejo jasne korelacije. S kombiniranjem slik v vsaki skupini je ekipa lahko rekonstruirala jasne slike vzorcev v vzorcih.

Da bi prikazali svoj pristop, so Klose in sodelavci uporabili CCI in rentgenske žarke za slikanje nihanj v tankem sloju feromagneta. Ta material se pogosto uporablja v sodobnih trdih diskih, kjer so informacije kodirane v magnetne domene. To so območja nanometrskega merila, v katerih lahko magnetizacija kaže v eno od dveh nasprotnih smeri. Znano je, da so te domene zelo stabilne pri sobni temperaturi, z malo izgubljenimi informacijami zaradi nihanj. Vendar doslej raziskovalci te stabilnosti niso mogli potrditi neposredno s slikanjem materiala.

Rentgenska mikroskopija se izostri

Klosejeva ekipa je uporabila CCI za testiranje stabilnosti feromagneta pri 37 °C, kar je nad sobno temperaturo. Daleč od tega, da bi ostal statičen, je algoritem identificiral prehode med 30 različnimi stanji domene v filmu. Z ocenjevanjem podobnosti med temi stanji so raziskovalci določili tudi vrstni red prehodov. To je Kloseju in sodelavcem omogočilo, da so sestavili jasne in podrobne filme nihanj.

Z nadaljnjimi izboljšavami bi lahko CCI kmalu omogočil raziskovalcem odgovoriti na temeljna vprašanja o naravi faznih prehodov v naprednih materialih, vključno z visokotemperaturnimi superprevodniki. Klose in sodelavci zdaj upajo, da bodo svojo tehniko razširili na elektronsko mikroskopijo, kar jim bo omogočilo rekonstrukcijo slik v še manjših merilih.

Tehnika je opisana v Narava.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/coherent-correlation-imaging-tracks-fluctuations-on-the-nanoscale/