每次成像速度快于一个像素中性原子束显微镜的新型成像方法

得益于斯旺西大学研究人员开发的一种中性原子束显微镜新成像方法，显微镜图像可以更快地获得，而不是一次一个像素。它最终可以让工程师和科学家在扫描样本时更快地获得结果。

该项研究发表在《自然通讯》杂志最新一期上。

中性原子束显微镜是目前研究的一大焦点。它们能够对各种无法使用市售显微镜进行研究的表面进行成像。这些表面可能包括难以成像或被电子、离子和光子损坏和改变的精细样本(例如细菌生物膜、冰膜或有机光伏装置)。

它们的工作原理是从表面散射一束低能中性粒子(通常是氦原子)，以对其结构和成分进行成像。

现有的中性原子束显微镜通过微型针孔照射样品来获取图像，然后扫描样品的位置，同时记录散射光束以构建图像。

然而，这种方法的一个主要限制是所需的成像时间，因为图像每次只能测量一个像素。通过减小针孔尺寸来提高分辨率会大大减少光束通量，并且需要更长的测量时间。

冷喷嘴和撇取器用于形成氦束。图片来源：NatureCommunications(2024)。DOI：10.1038/s41467-024-51175-2

这正是斯旺西大学新研究的亮点所在。化学系GilAlexandrowicz教授的研究小组开发了一种新的、更快速的针孔扫描替代方法。

他们利用氦-3原子束(常规氦的一种稀有轻同位素)展示了这种新方法。

该方法的工作原理是让一束原子穿过非均匀磁场，并利用核自旋进动来编码与样品相互作用的光束粒子的位置。

斯旺西团队的博士生摩根·洛(MorganLowe)制造了磁编码装置并进行了第一组实验，证明新方法有效。

Lowe先生测量的光束轮廓与数值模拟计算结果非常吻合。该团队还利用数值模拟表明，与目前使用的针孔显微镜方法相比，新的磁编码方法应该能够在显著缩短的时间范围内提高图像分辨率。

首席研究员、斯旺西大学化学系的Alexandrowicz教授解释说：“我们开发的方法为中性束显微镜领域开辟了各种新机遇。它应该能够在不需要极长测量时间的情况下提高图像分辨率，并且还可能根据所研究样品的磁性实现新的对比机制。

“在不久的将来，新方法将得到进一步开发，以创建一个功能齐全的磁编码中性束显微镜原型。这将允许测试新技术的分辨率极限、对比机制和操作模式。

“在更遥远的未来，这种新型显微镜将可供科学家和工程师用来表征他们生产和/或研究的敏感和精密样品的形貌和成分。”