美研制出新型X光纳米显微镜

2011-8-16 09:03 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网近日报道,美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校物理学家开发出一种新型X光显微镜,不仅能透视材料内部结构,而且洞察之细微达到了纳米水平。该显微镜有助于开发更小的数据存储设备,探测物质化学成分,拍摄生物组织结构等。研究论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

  X光纳米显微镜不是通过透镜成像,而是靠强大的算法程序计算成像。“这种数学运算方法相当复杂,其原理有点像哈勃太空望远镜,就是让最初看到的模糊图像变得清晰鲜明。”领导该研究的加州大学圣地亚哥分校副教授奥里格·夏佩克解释说,X光探测到物质的纳米结构后,会生成衍射图案,计算机按照运算法则将这种衍射图案转化为可辨认的精细图像。

  为了测试显微镜透视物体的能力和分辨率,研究小组用钆和铁元素制作了一种层状膜。目前信息技术行业多用这种膜来开发高容高速、更微小的内存设备和磁盘驱动器。

  “这两种都是磁性材料,如果结合成一体,就会自然地形成纳米磁畴。”夏佩克说,在显微镜下面,能看到它们形成的磁条纹。层状的钆铁膜看起来就像一块千层酥,层层褶皱形成了一系列的磁畴,就好像一圈圈指纹的凸起。

  “这还是第一次能在纳米尺度观察到磁畴,而且不需要任何透镜。”夏佩克解释说,这对开发更小的数据存储设备非常关键,磁比特可以做得更小,也就是说让磁纹变得更细,从而开发出磁畴更小的材料,就能在更小的空间里储存更多数据。

  “在目前的磁盘表面上,1个磁比特约15纳米大小。我们的显微镜能直接拍摄到比特位,这对拓展未来的数据存储能力打开了新空间。”论文合著者、该校电学与计算机工程教授、磁记录研究中心的埃里克·富勒顿说。

  此外,该显微镜还能用于其他领域。通过调节X光的能量,还能用它来观察材料内部有哪些元素,这在化学上是非常重要的。在生物学领域,用X光给病毒、细胞及各种不同的组织拍照,要比用可见光拍出来的效果好得多。

  夏佩克说,在计算机工程领域,我们希望能以可控的方式造出新型磁性材料和数据存储设备;在生物和化学领域,能在纳米水平操控物质。要达到这些目标要求,必须从纳米水平理解材料的性质,而X光显微技术让人们真正在纳米水平看到了物质内部。