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開啟動態(tài)與寬譜無透鏡納米成像新紀元！
2025年08月01日 14:46:08
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：1002
團隊提出的動態(tài)樣品序列CDI方法(serial CDI)與超寬帶無透鏡衍射成像方法(Ultra-broadband ptychography)，分別針對動態(tài)過程觀測與寬譜光源應(yīng)用兩大難題提出創(chuàng)新解決方案。
近期，南方科技大學電子與電氣工程系張福才副教授團隊在相干衍射成像(CDI)領(lǐng)域取得兩項突破性進展，為無透鏡納米級成像技術(shù)的發(fā)展注入新動力。
團隊提出的動態(tài)樣品序列CDI方法(serial CDI)與超寬帶無透鏡衍射成像方法(Ultra-broadband ptychography)，分別針對動態(tài)過程觀測與寬譜光源應(yīng)用兩大難題提出創(chuàng)新解決方案。
針對動態(tài)樣品成像長期存在的技術(shù)瓶頸，張福才團隊首次將幀間結(jié)構(gòu)連續(xù)性作為重建約束，開發(fā)出適用于多種樣品的新型算法框架——serialCDI。
傳統(tǒng)CDI技術(shù)在處理動態(tài)樣品時存在重建質(zhì)量不穩(wěn)定、收斂性差等問題。研究團隊通過構(gòu)建自適應(yīng)相似性矩陣，定量評估相鄰幀的局部結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，并以此加權(quán)優(yōu)化樣品函數(shù)估計。這種創(chuàng)新約束機制在無需復(fù)雜系統(tǒng)改造的前提下，顯著提升了算法對噪聲和數(shù)據(jù)缺失的魯棒性。
模擬X射線自由電子激光實驗中顯示，該方法在飛秒級超快動態(tài)成像中展現(xiàn)出卓越的相位還原能力，為化學反應(yīng)瞬態(tài)過程、生物分子運動等前沿研究提供了全新觀測手段。實驗驗證環(huán)節(jié)，團隊通過重構(gòu)眼蟲游動軌跡與模擬晶體生長過程，直觀展示了該技術(shù)在復(fù)雜動態(tài)場景中的精準成像能力。
與此同時，針對桌面光源寬譜特性導(dǎo)致的色散樣品成像難題，研究團隊提出了一種適用于色散樣品的超寬帶無透鏡衍射成像方法(Ultra-broadband ptychography)。
傳統(tǒng)疊層掃描相干衍射成像因依賴單色光源，應(yīng)用局限于同步輻射等大型設(shè)施。張福才團隊通過將結(jié)構(gòu)照明技術(shù)與自主研發(fā)的Joint Deconvolution算法結(jié)合，成功突破色散樣品成像的理論局限，實現(xiàn)了色散樣品的高分辨率、高保真度定量相位恢復(fù)，而無需任何單色器的濾波。
在波長范圍400-1000nm(帶寬達60%)的實驗室光源下，該方法對真實生物樣品螞蟻的成像分辨率僅比理論極限高7%，充分驗證其高保真度定量相位恢復(fù)能力。更值得關(guān)注的是，該技術(shù)在46nm高次諧波極紫外光源實驗中同樣表現(xiàn)優(yōu)異，證明該方法對桌面光源的有效性，為開發(fā)高性能桌面X射線顯微系統(tǒng)奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
相關(guān)成果相繼發(fā)表于國際頂級期刊《光：科學與應(yīng)用》與《自然通訊》。兩項研究均由張福才團隊主導(dǎo)完成，博士生林惠翔為《自然通訊》論文第一作者。研究工作得到國家自然科學基金與深圳市自然科學基金支持。
這些成果不僅拓展了CDI技術(shù)的應(yīng)用邊界，更通過算法創(chuàng)新降低了高端成像技術(shù)對特殊光源的依賴，有望推動材料缺陷分析、活體細胞觀測、納米器件研發(fā)等領(lǐng)域的技術(shù)革新。
隨著無透鏡成像系統(tǒng)向更寬光譜、更高時空分辨率方向發(fā)展，張福才團隊的研究為動態(tài)過程的無損觀測與實驗室級納米成像提供了兼具通用性與擴展性的技術(shù)解決方案。
(資料參考來源：中國科學報、材料人等)
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