科技日报实习记者 张佳欣
德国马克斯·玻恩研究所、亥姆霍兹中心、美国布鲁克海文国家实验室和麻省理工学院研究人员组成的团队，开发出一种革命性的新方法，利用强大的X射线源捕获纳米级材料波动的高分辨率图像。这种新技术允许创建清晰、详细的影像，而不会因过度辐射损坏样本。研究结果近日发表在《自然》杂志上。
世界的微观领域是不断运动的，并以不断变化为标志。即使在看似不变的固体材料中，这些波动也可能产生不寻常的性质；高温超导体中电流的无损传输就是一个例子。在相变过程中，波动尤其明显，材料会改变其状态，例如在熔化过程中从固体变成液体。然而，详细研究这些过程是一项艰巨的任务，捕捉到这些波动模式的影像就更具挑战性。
相干相关成像原理用于对随机过程进行成像，例如抛硬币。硬币的单个简短图像可能无法充分曝光以清楚地识别硬币上的图像。然而，一种新的算法可以对多张图像进行排序和组合，以生成硬币两面的清晰图像，然后可以将其准确地分配给曝光时刻。图片来源：德国柏林马克斯·玻恩研究所
联合研究团队开发出一种新的无损成像方法，称为相干相关成像。为了制作一段影像，他们快速连续地拍摄样本的多个快照，同时降低足够的光照以保持样本的完好无损。尽管这会导致个别图像中样品的波动模式变得不清晰，但这些图像仍包含足够的信息以将它们分成几组。
研究团队首先创建一种新的算法来分析图像之间的相关性。每个组中的快照非常相似，因此可能来自相同的特定波动模式。只有当一组中的所有镜头一起观看时，才会出现样本的清晰图像。科学家们现在能将每一张快照与样本当时状态的清晰图像联系起来。
该团队在由薄磁性层制成的样品上展示了相干相关成像。他们创建了一张地图，显示了被称为磁畴的区域之间边界的首选位置。这张地图和运动的影像使人们更好地理解了材料中的磁性相互作用，促进了未来在先进计算机体系结构中的应用。