據美國物理學家組織網近日報道,美國加利福尼亞大學圣地亞哥分校物理學家開發(fā)出一種新型X光顯微鏡,不僅能透視材料內部結構,而且洞察之細微達到了納米水平。該顯微鏡有助于開發(fā)更小的數據存儲設備,探測物質化學成分,拍攝生物組織結構等。研究論文發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上。
X光納米顯微鏡不是通過透鏡成像,而是靠強大的算法程序計算成像?!斑@種數學運算方法相當復雜,其原理有點像哈勃太空望遠鏡,就是讓最初看到的模糊圖像變得清晰鮮明?!鳖I導該研究的加州大學圣地亞哥分校副教授奧里格?夏佩克解釋說,X光探測到物質的納米結構后,會生成衍射圖案,計算機按照運算法則將這種衍射圖案轉化為可辨認的精細圖像。
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。目前信息技術行業(yè)多用這種膜來開發(fā)高容高速、更微小的內存設備和磁盤驅動器。
“這兩種都是磁性材料,如果結合成一體,就會自然地形成納米磁疇?!毕呐蹇苏f,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?!毕呐蹇私忉屨f,這對開發(fā)更小的數據存儲設備非常關鍵,磁比特可以做得更小,也就是說讓磁紋變得更細,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據。
“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,這對拓展未來的數據存儲能力打開了新空間。”論文合著者、該校電學與計算機工程教授、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域。通過調節(jié)X光的能量,還能用它來觀察材料內部有哪些元素,這在化學上是非常重要的。在生物學領域,用X光給病毒、細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。
夏佩克說,在計算機工程領域,我們希望能以可控的方式造出新型磁性材料和數據存儲設備;在生物和化學領域,能在納米水平操控物質。要達到這些目標要求,必須從納米水平理解材料的性質,而X光顯微技術讓人們真正在納米水平看到了物質內部。