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X光傅里叶变换鬼成像

时间:2021-01-29
本文摘要:x射线显微镜有一些独特的优点:波长短,无限分辨率低;击穿能力强,能击穿厚度小于几微米甚至几十微米的生物和材料样品。因此,x光显微镜理论上可以构建生物细胞组织和材料内部结构的原子尺度观察。X射线散射关闭了X射线显微术的大门,但它无法对具有周期结构的晶体构建原子级的微结构分析,大量的蛋白质(如膜蛋白)和各种纳米材料无法结晶。 对于非晶样品,传统的X射线显微技术是基于光场的一阶相关效应,以目前的技术水平很难实现原子的分辨。

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x射线显微镜有一些独特的优点:波长短,无限分辨率低;击穿能力强,能击穿厚度小于几微米甚至几十微米的生物和材料样品。因此,x光显微镜理论上可以构建生物细胞组织和材料内部结构的原子尺度观察。X射线散射关闭了X射线显微术的大门,但它无法对具有周期结构的晶体构建原子级的微结构分析,大量的蛋白质(如膜蛋白)和各种纳米材料无法结晶。

对于非晶样品,传统的X射线显微技术是基于光场的一阶相关效应,以目前的技术水平很难实现原子的分辨。近年来,利用非相干热光场的高阶相关性来提供物体图像信息的鬼光学技术,已经在遥测、超强鉴别等领域得到了应用。但目前所涉及的研究仍可局限于红外波段,由于波长允许,无法充分发挥其在结构分析中的优势。如果鬼影光学技术可以在X射线波段构建,那么对于非晶样品的原子显微镜的构建将具有最重要的意义。

X射线傅里叶变换鬼光学(FGI)实验方案上海光机所量子光学重点实验室量子光学研究组与上海光源BL13W1生物医学光学合作,应用于束线站,突破传统X射线光学的理论框架,使用波长为0.1nm的非相干X射线,测量光场的二阶强度关联函数, 在菲涅耳区获得了非晶态初始振幅样品的傅里叶变换散射阶,并在真实空间成功修复了样品的振幅和振幅,这是世界上第一个实验结构,相关结果发表在国际顶级物理杂志《物理评论》上。[117,113901(2016)]2016年9月7日。

实验样品的傅里叶变换散射阶次(上图为振幅,右图为振幅)X射线傅里叶变换鬼光学通过测量光场起伏及其二阶相关性,提供样品的傅里叶变换散射阶次信息。光学样品需要结晶,其光学分辨率只受X射线波长的限制。理论上,这种技术可以实现原子辨别。

此外,它不排斥光源的高空间相干性,可以利用非相干X射线源构建细胞组织和功能材料内部结构的显微镜,具有广阔的应用前景。实验样本的真实空间由重建结果生成(上图为振幅,右图为振幅)。该研究团队开发的这种鬼光学技术不仅可以应用于生物医学等显微镜领域,也不利于解决X射线散射光学领域长期不存在的振幅问题。

同时,这项工作也为费米子散射光学(如中子、电子等)提供了一种可能的技术思路。),这是不可能获得高亮度相干源的。


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