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激光移动:科学家现在也可以从中子创建全息图

2019-11-22

  这是由美国国家标准技术研究院(NIST)的科学家组成的团队首次使用中子束创建大型固体全息图,以普通的基于激光的视觉全息图无法揭示其内部细节。

  全息图-根据观看者的视角而变化的平面图像,给人以为它们是三维物体的感觉-归因于其所谓的干涉图案的打击能力。所有物质,例如中子和光子,都具有像具有波峰和波谷的波纹波一样的作用。就像水波撞击两个岩石之间的缝隙一样,水波可以分裂然后重新组合以创建信息丰富的干涉图样。

  光学全息图是通过将激光照射在物体上制成的。通过记录反射的激光波如何相互干扰,可以形成全息图,而不仅仅是拍摄从物体反射的光。根据波的相位差产生的模式,或它们的峰谷的相对位置,比简单的照片包含有关对象外观的更多信息,尽管它们通常不会告诉我们有关其隐藏内部的信息。

  然而,隐藏的内部空间正是中子科学家所探索的。中子擅长穿透金属和许多其他固体,使中子束对创建新物质并希望研究其性质的科学家有用。但是中子也有局限性。它们对于创建视觉图像不是很好。在高中代数教科书中,中子实验数据通常以图表的形式表示。这些数据通常可以告诉他们平均物质的制造方式-如果他们想广泛地了解由一堆重复结构(如晶体)构成的物体,那就很好,但如果他们想了解特定细节的信息,那就不好了。

  但是,如果我们能够两全其美呢?研究小组找到了一种方法。

  该小组先前的工作是在NIST中子研究中心(NCNR)进行的,涉及使中子穿过一个圆柱体,该圆柱体的圆面上刻有一个小的“螺旋形楼梯”。圆柱体的形状使中子束产生扭曲,但研究小组还注意到,束流中的单个中子根据其通过的圆柱体的截面而改变了相位:截面越厚,相移越大。最终,他们意识到这实际上是创建物体内部全息图所需的信息,并且他们在新论文中详细介绍了其方法。

  这一发现不会改变星际象棋游戏,但会增加科学家探索固体材料的技术范围。研究小组表明,它所需要的只是一束中子束和一个干涉仪(一种测量干涉图样的探测器),以创建物体的直接视觉表示并揭示物体中特定点的细节。

  NIST物理测量实验室的团队成员Michael Huber说:“其他技术也可以测量小的特征,但仅限于测量表面特性。” “这可能是一种更审慎的技术,用于测量10微米大小的小结构以及大部分材料内部的掩埋界面。”

  这项研究是一个多机构合作,包括来自NIST和联合量子研究所的科学家是NIST与马里兰大学以及北卡罗来纳州立大学和加拿大滑铁卢大学的研究合作伙伴。

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