Hình ảnh tương quan mạch lạc theo dõi các biến động trên cấp độ nano

Sử dụng một kỹ thuật tái tạo hình ảnh mới, các nhà vật lý ở Đức và Mỹ đã tạo ra những thước phim rõ ràng và chi tiết về những thăng giáng ở cấp độ nano trong một vật liệu từ tính. Để nắm bắt các tính năng này, một nhóm do Christopher Klose tại Viện Max Born, Berlin, đã sử dụng một thuật toán tiên tiến để xác định mối tương quan trong các mẫu không gian trong nhiều hình ảnh X-quang.

Dao động và chuyển pha là một đặc điểm gần như phổ biến của vật chất và các kỹ thuật chụp ảnh tia X và điện tử có thể được sử dụng để quan sát các hiện tượng này ở cấp độ nano. Tuy nhiên, các phương pháp này có sự đánh đổi cố hữu giữa độ phân giải không gian cao và độ phân giải thời gian cao - phương pháp thứ hai là cần thiết để theo dõi động lực học của các dao động và chuyển pha.

Mặc dù có thể cải thiện cả độ phân giải không gian và thời gian bằng cách tăng cường chiếu sáng, nhưng các chùm tia X và điện tử cường độ cao có thể làm hỏng các đặc điểm mỏng manh trong mẫu.

Để khắc phục hạn chế này, nhóm của Klose đã phát triển một kỹ thuật gọi là hình ảnh tương quan mạch lạc (CCI). Cách tiếp cận của họ dựa trên thực tế là các dao động ở cấp độ nano không hoàn toàn ngẫu nhiên, mà thay vào đó hiển thị các mẫu không gian đặc biệt.

Nhiều ảnh chụp nhanh

Trước tiên, CCI liên quan đến việc chụp liên tiếp hàng nghìn ảnh chụp nhanh các mẫu, sử dụng mức độ chiếu sáng tương đối thấp. Mặc dù các ảnh chụp nhanh này hầu như không rõ ràng với nhau, nhưng các nhà nghiên cứu nhận thấy chúng chứa đủ thông tin để phân loại từng ảnh bằng thuật toán phân cụm theo thứ bậc. Điều này sắp xếp các hình ảnh thành các nhóm với các mẫu không gian hiển thị các mối tương quan rõ ràng. Bằng cách kết hợp các hình ảnh trong mỗi nhóm, nhóm có thể tái tạo lại hình ảnh rõ ràng của các mẫu trong các mẫu.

Để chứng minh phương pháp của họ, Klose và các đồng nghiệp đã sử dụng CCI và tia X để ghi lại các dao động hình ảnh trong một chất sắt từ màng mỏng. Vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong các ổ cứng hiện đại, nơi thông tin được mã hóa thành các miền từ tính. Đây là những vùng kích thước nano trong đó từ hóa có thể chỉ theo một trong hai hướng ngược nhau. Các miền này được biết là có độ ổn định cao ở nhiệt độ phòng, ít thông tin bị mất do dao động. Tuy nhiên, cho đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa thể xác nhận trực tiếp sự ổn định này bằng cách chụp ảnh vật liệu.

Kính hiển vi tia X làm sắc nét hơn

Nhóm của Klose đã sử dụng CCI để kiểm tra độ ổn định của nam châm sắt ở 37 °C, cao hơn nhiệt độ phòng. Khác xa với trạng thái tĩnh, thuật toán đã xác định quá trình chuyển đổi giữa 30 trạng thái miền riêng biệt trong phim. Bằng cách đánh giá sự giống nhau giữa các trạng thái này, các nhà nghiên cứu cũng xác định được thứ tự diễn ra các quá trình chuyển đổi. Điều này cho phép Klose và các đồng nghiệp dựng phim rõ ràng, chi tiết về các dao động.

Thông qua những cải tiến hơn nữa, CCI có thể sớm cho phép các nhà nghiên cứu trả lời các câu hỏi cơ bản xung quanh bản chất của sự chuyển pha trong các vật liệu tiên tiến bao gồm chất siêu dẫn nhiệt độ cao. Giờ đây, Klose và các đồng nghiệp hy vọng sẽ mở rộng kỹ thuật của họ sang kính hiển vi điện tử – cho phép họ tái tạo hình ảnh ở quy mô thậm chí còn nhỏ hơn.

Kỹ thuật được mô tả trong Thiên nhiên.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/coherent-correlation-imaging-tracks-fluctuations-on-the-nanoscale/