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上海光源与用户合作在国际上首次实现非相干X射线衍射成像

2016-10-10 14:15
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  目前X射线晶体衍射结构分析手段只能对具有周期性结构的晶体实现原子级的三维显微结构分析,而X射线相干衍射成像可以实现对非周期性结构物体具有原子级空间分辨能力,然而这种方法却需要全相干X射线照明,存在较大的局限性。X射线强度关联量子成像技术将可见光波段的强度关联量子成像技术拓展到X射线波段,利用非相干X射线对非周期性结构物体实现具有原子级空间分辨能力,为解决现有X射线显微成像技术中的原理性难题,进一步提高其成像分辨率提供了一条在成像原理上不同于以往的全新的技术途径。

  中科院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室韩申生课题组与上海光源BL13W1成像线站密切合作,突破传统X射线成像光学理论框架,利用波长0.1nm的非相干X射线,通过测量光场的二阶强度关联函数,在菲涅尔区获得了非晶态复振幅样品的傅里叶变换衍射谱,并且在实空间成功重建了样品的振幅和相位分布,在国际上首次实验演示了X射线傅里叶变换关联成像。相关结果发表在2016年9月7日国际物理学期刊《物理评论快报》上(“Fourier-Transform Ghost Imaging with Hard X Rays”, Phys. Rev. Lett. 117, 113901 (2016))。随后该论文被选为PRL Editors’ Suggestion,并且迅速被美国物理学会(APS)的Physics [Physics?9, 103 (2016)],美国物理联合会(AIP)的Physics Today,以及英国物理学会(IOP)的Physicsworld.com报道。

  X射线傅里叶变换强度关联成像(FGI)是通过测量光场的涨落及其关联获取样品傅里叶变换衍射谱信息,成像样品无需结晶,其成像分辨率仅受限于X射线波长,因此,理论上可实现原子级分辨,且不要求光源的高空间相干性,可以采用自由电子激光以外的非相干X光源实现细胞组织以及功能材料内部结构纳米显微,具有广泛的应用前景。同时,也为原则上不可能获得高亮度相干源的费米子(如中子、电子等)衍射成像提供了全新的技术途径。 (先进成像及工业应用部 供稿)

  图1  X射线傅里叶变换强度关联成像(FGI)实验方案

  图2  实验样品傅里叶变换衍射谱及实空间分布重构结果

  (上图:振幅分布,下图:相位分布)
 

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