更快成像的新技术

斯旺西大学（Swansea University）的研究人员为中性原子束显微镜创造了一种新的成像方法，可大大加快显微镜图像的获取速度。中性原子束显微镜已成为科学研究的一个重点，因为它能够对商用显微镜无法成像的表面进行成像，例如细菌生物膜、冰膜或有机光伏系统等精细样品，这些样品通常会受到电子、离子或光子的破坏或改变。

这些显微镜通过从表面散射一束低能中性粒子（通常是氦原子）来扫描其结构和成分。

目前，中性原子束显微镜通过一个微小针孔照射材料，扫描样品的位置，然后捕捉分散的光束来生成图像。然而，这种方法有一个很大的局限性：成像过程耗时，因为它是一次测量一个像素。通过减小针孔直径来提高分辨率会大大降低光束通量，从而导致测量时间更长。

斯旺西大学最近的一项研究为解决这一问题提供了可行的方案。化学系吉尔-亚历山德罗维奇（Gil Alexandrowicz）教授的研究小组开发出了一种更快的针孔扫描替代方法。

他们利用一束氦-3 原子（普通氦的一种稀有轻同位素）展示了这项新技术。新方法包括将原子束穿过非均匀磁场，并在原子束粒子与样品相互作用时利用核自旋前冲对其位置进行编码。

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斯旺西研究小组的博士生Morgan Lowe设计了磁编码装置，并进行了第一批实验来验证这种新方法。值得注意的是，测得的光束轮廓与数值模拟结果非常吻合。研究人员还进行了进一步模拟，结果表明磁编码技术可以显著提高图像分辨率，而所需时间却比传统针孔显微镜方法少得多。我们开发的方法为中性光束显微镜领域带来了各种新机遇。它可以提高图像分辨率，而不需要过长的测量时间，还有可能根据所研究样品的磁特性实现新的对比机制。

Alexandrowicz说：“我们开发的方法为中性束显微镜领域开辟了各种新的机会。它应该可以提高图像分辨率，而不需要过长的测量时间，并且还具有基于所研究样品的磁性特性启用新的对比机制的潜力。在不久的将来，我们将进一步开发这种新方法，以创建一个完全正常工作的磁编码中性光束显微镜原型。这将有助于测试新技术的分辨率极限、对比机制和操作模式。”

Alexandrowicz最后说：“在更遥远的将来，科学家和工程师应该可以使用这种新型显微镜来表征他们生产和/或研究的敏感而精细的样品的形貌和成分。”

相关链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51175-2