教育裝備采購網(wǎng)訊：加州大學(xué)圣地亞哥分校的物理學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出了一種新型超級X射線顯微鏡，其功能非常強大，具有極強的“貫穿透視”能力，可以透視材料深處的結(jié)構(gòu)，就像超人傳說中具有X射線功能的掃描視野。

　　超級顯微鏡可以看到納米級的結(jié)構(gòu)，也就是十億分之一米的細節(jié)。但是這還不是其全部功能，更不尋常是的：對于納米級的顯微觀測，并不是用類似鏡頭一樣的設(shè)備進行拍攝，而是需要憑借超級計算機進行復(fù)雜的程序控制，才能完成顯微觀測。相關(guān)的文獻已經(jīng)發(fā)表在本周早些時候美國國家科學(xué)院的在線閱讀版塊上。

　　整個超級顯微鏡的工作原理簡單描述是：將X射線儀器對準要觀測的對象，通過設(shè)備收集觀測對象上反射回來X射線，接著由計算機程序(或者說是一種算法)將這些收集到的X射線參數(shù)轉(zhuǎn)換成衍射圖像。據(jù)加州大學(xué)圣地亞哥分校的物理學(xué)助理教授、研究小組的負責(zé)人奧列格(OlegShpyrko)介紹：這種復(fù)雜的觀測方法，其背后不僅涉及到高難度的物理過程，還涉及到數(shù)學(xué)上的問題。我們做這項研究的目的是為了體現(xiàn)我們能首次觀測到納米級別的結(jié)構(gòu)圖像，也就是說，我們不需要任何類似鏡頭那樣傳統(tǒng)的圖像成像手段，卻能看到納米級的情況。

　　下一步的發(fā)展是，我們將繼續(xù)完善這個超級顯微鏡，主要使用方向是為提高計算機的存儲量進行研究。使將來的計算機可以研制得更小，具有更強大運算速度和數(shù)據(jù)存儲量。加州大學(xué)圣地亞哥分校磁學(xué)中心主任埃里克富勒頓(EricFullerton)，同時也是本研究的另一個合作伙伴，同時也認為：這臺超級顯微鏡將幫助計算機專家研發(fā)新一代的硬盤以及磁盤驅(qū)動器，由于在目前磁盤表面上的數(shù)據(jù)磁位只有15納米的大小，所以要想提高單位存儲量，首先就要能看到這部分的結(jié)構(gòu)，才能提出改進的方法。有了這臺超級顯微鏡的觀測能力，可以推動我們在未來研發(fā)出數(shù)據(jù)處理和存儲能力更強的計算機。同時，這個發(fā)展也適用于其他領(lǐng)域納米科學(xué)的研發(fā)工作，提高納米技術(shù)水平。

　　這如前文埃里克富勒頓主任所強調(diào)的，我們要推動納米科學(xué)以及納米技術(shù)的進步，我們得首先了解研究對象(材料)在納米級上是具有哪些行為。我們希望能夠使用這個技術(shù)使研究對象在人工受控下提高存儲能力的水平，當然也可以應(yīng)用于生物或者化學(xué)領(lǐng)域，解決在納米級觀測上的操縱問題。而為了進行納米級的研究工作，這臺超級顯微鏡允許你洞察你的研究對象在納米尺度上是什么樣情況，同時也可以看到這個尺度上的任何細節(jié)。

　　由于沒有使用在類似鏡頭的成像器材，在觀測的過程中，要將一塊磁性材料包圍著觀測對象，或者在觀測過程中附加上儀器，能使得觀測“視野環(huán)境”出現(xiàn)變化，也就是說，這臺顯微鏡需要通過外因的作用，改變觀測視野。

　　奧列格助理教授實驗室的一位研究生阿希什特里帕蒂(AshishTripathi)則開發(fā)了一種算法來輔助這個超級X射線顯微鏡。在工作原理上，就是一個計算機程序。這是因為在這臺顯微鏡研制初期，發(fā)現(xiàn)獲得的影響數(shù)據(jù)有些模糊，所以需要進一步在算法上進行修正。這個就像當年美國航空航天局的哈勃太空望遠鏡發(fā)射升空后，才發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了由于嚴重的球面鏡差所導(dǎo)致的成像模糊的情況，所以后續(xù)的補充完善工作還是需要的。類似的概念還體現(xiàn)在陸基天文臺，位于地面上的天文望遠鏡在糾正圖像由于地球大氣層所造成的影響時，需要使用自適光學(xué)系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，由電腦對望遠鏡進行控制移動微調(diào)。

　　但是，特里帕蒂開發(fā)的計算機算法是全新的，其中還有許多模擬的程序可以今后繼續(xù)發(fā)展，當然，這是一個龐大且艱巨的工作。為了測試這臺超級X射線顯微鏡的穿透能力和觀測納米尺度的細節(jié)問題，物理學(xué)家設(shè)計了一個分層薄膜，這個薄膜主要組成是釓和鐵元素。而這類薄膜目前正在信息技術(shù)領(lǐng)域進行研究，用于發(fā)展高容量、體積更小、處理能力更快的計算機內(nèi)存和硬盤驅(qū)動器。

　　通過這項研究，研究人員還發(fā)現(xiàn)了在觀測材料中加入磁性材料，在生成的影像數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了納米級的磁疇存在。而對此，奧列格認為：實際上，這些材料會自發(fā)地形成磁條。在這臺超級X射線顯微鏡的觀測下，由釓和鐵元素組成的分層薄膜看上去有點兒類似果仁蜜餅甜點，它會逐漸變皺磁化形成一系列的磁疇，這情景就像我們指紋上重復(fù)螺旋的渦一樣。這個技術(shù)對于電腦工程師而言，是個非常重要的消息，這是我們在計算機納米領(lǐng)域的第一次的重要嘗試，同時也是具有極大的發(fā)展?jié)摿?，可以讓電腦工程師研發(fā)出越來越小的硬盤驅(qū)動器，“塞進”更多的海量數(shù)據(jù)。

　　由于這些材料是用越來越小的磁疇組成的，或者是越來越薄的類似指紋的樣式，可以將更多的數(shù)據(jù)儲存在一個越來越小的空間內(nèi)，而做到這一點的關(guān)鍵是想方法縮小磁位的大小。當然，這個技術(shù)也可以應(yīng)用于計算機的外部設(shè)備上，實現(xiàn)多種用途。

　　除了在信息領(lǐng)域的研發(fā)，這臺顯微鏡可以通過調(diào)整X射線的能量，用于觀測由不同元素組成的觀測對象，這一點對于化學(xué)上的微觀研究是非常有幫助的。而在生物學(xué)上，這臺顯微鏡還可以用于研究病毒，讓醫(yī)學(xué)研究人員獲得病毒的影像數(shù)據(jù)，且在對于細胞以及不同類型的組織結(jié)構(gòu)成像上，比可見光原理的顯微鏡具有更高的空間分辨率。

　　本項研究中，研究人員還使用了芝加哥大學(xué)阿貢國家實驗室先進的光子源，以及可以說是西半球最明亮的X射線源，該研究計劃也得到了美國能源部的支持。同時參與的研究方還有加州大學(xué)圣地亞哥分校的電氣和計算機工程的研究人員、阿貢國家實驗室等。