中美研究人员合作开发一种新型磁成像技术
磁性材料中通常会形成复杂的磁畴、涡旋和三维拓扑结构等自旋织构，这些自旋织构会表现出很多新奇的物理性质，并有望作为信息载体用于下一代新型低能耗的信息存储器。探索新的更小尺寸的自旋织构，并研究其形态、內禀结构和动态演化是实现高密度自旋电子学器件的基础。而这类研究通常需要高空间分辨率的磁成像技术。目前常用的光学成像技术一般只能实现微米到几百纳米的分辨率，极大地限制了亚微米到原子尺度自旋织构的研究。在10-20纳米以下的空间尺度，现有成像技术主要包括研究样品表面的扫描探针技术和基于同步辐射线站的X射线技术，在应用上都有一定的局限性。因此需要开发具有更大普适性的高分辨率磁成像技术。
近期，清华大学材料学院陈震副研究员与美国康奈尔大学等机构的研究者合作开发了一种新的磁成像技术。这种技术结合零磁场下的洛伦兹四维扫描透射电子显微术和电子叠层衍射成像技术，突破了电磁透镜和光阑限制的物理衍射极限，大幅度提高了磁成像的分辨率，并通过数值模拟展示了现有设备实现亚纳米分辨率的可能性。该工作使用FeGe样品作为模型体系，在94开的低温（约零下180摄氏度）下，成功展示了磁斯格明子内部清晰的精细结构。研究中使用的透射电子显微镜，更常用来进行材料原子排列的结构成像，最新的球差校正电子显微镜日常即能实现优于0.1纳米的分辨率。
结合类似的叠层衍射成像技术，陈震与合作者在2018年实现了图像空间分辨率的吉尼斯世界纪录，并在2021年进一步实现了接近原子热振动极限的20皮米分辨率，该成果也是中国两院院士评选出的2021年世界十大科技进展新闻之一。
然而常规原子成像技术需要使用强的电磁透镜对电子进行聚焦，在样品附近会产生约2特斯拉的强磁场，这个磁场会破坏大部分磁性样品内的本征磁畴结构。为了研究铁磁或亚铁磁材料本征的自旋织构，通常需要零磁场或者接近零磁场的成像条件，由此分辨率会大大降低。透射电镜中常用洛伦兹透射电子显微术和电子全息技术来对自旋织构进行高分辨率成像，然而受限于成像原理和仪器硬件，这些方法的分辨率和解析度存在很大不足。该研究报道的新技术在空间分辨率和测量灵敏度等方面均有明显的优势，为自旋电子学相关领域的研究提供了一种新的工具，具有广泛的应用前景。
实验原理示意图（左图），磁斯格明子晶格磁矩分布图（中图）和放大的矢量图（右图）
该研究是国际上首次在透射电子显微镜中实现磁结构的叠层衍射成像技术，研究成果于10月31日在线发表在《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）上，论文题目为“超越衍射极限的磁织构洛伦兹电子叠层衍射成像”（Lorentz electron ptychography for imaging magnetic textures beyond the diffraction limit）。
该技术的实现需要使用非标准成像模式，基于大量的设备调试和参数校正，并在算法优化和参数选择上进行大量摸索。清华大学材料学院陈震副研究员在美国康奈尔大学博士后期间主导完成该工作，担任该论文的第一作者和共同通讯作者。入职材料学院以来，陈震带领团队在北京电子显微镜中心的设备上成功复现了该技术，并做出了新的发展。这些新技术的发展进一步拓展了北京电子显微镜中心大型仪器平台的成像能力，可以更好地为广大用户提供测试服务。获 取 更多前沿科技?研究 进展访问：https://byteclicks.com
你可能感兴趣的文章：
- 美国橡树岭实验室开发带有”化学透镜”的显微镜
- 我国学者研制出可观测原子图像的“防震”显微镜
- 科学家开发出Piccope新型光学显微镜，可看到晶体原子中的电子
- 研究人员开发一种提高原子力显微镜成像技术的新方法
- 香港大学开发光纤激光显微镜为分析细胞分子和临床应用带来突破性进展
- 韩国COXEM公司推出新型台式显微镜EM-30N
- 伊利诺伊大学新研究推动了光学显微镜的发展
- 普渡大学开发的超高分辨率显微镜取得巨大突破
- 冷冻电镜新研究：利用廉价技术制作高分辨率图像
- 全球首个商业化3D病理组织影像系统
- 科学家在太赫兹成像技术取得新突破：开发低成本单像素太赫兹相机成像速度提升了100倍以上
- 科学家开发一种新型矩阵超声成像方法极大提高了分辨率
- 科学家借助冷冻电镜获得了迄今最清晰的蛋白质图像
- 哈工大在新型生物光学显微成像技术方向取得重要进展
- 世界上最小的成像设备可对血管内部进行3D扫描
- 全球首个商业化3D病理组织影像系统
- 光声成像探索深层组织：韩国科研团队用镍基纳米粒子开发一种低成本光声成像方法
- 研究人员利用Mesolens新成像技术发现细菌生物膜中新弱点
- 新的PET/MRI方法精准定位慢性疼痛位置，改变治疗方式
- 基于人工智能AI的增强医学超声应用
- 研究人员利用自动3D神经映射解开复杂的大脑网络
- 新型光场显微镜高速记录大脑神经元活动和血流的快速动态变化
- 我科学家首次实现亚分子分辨的单分子光致荧光成像
- 大连化物所利用自由能差指导开发超分辨成像自闪荧光染料
- TinyArray成像仪:UCI科学家开发了低成本、精准COVID-19抗体检测平台
- 韩研究团队成功开发能够感知短波红外线的硅光传感器
- 俄罗斯科学家研发出一项产生红外光电探测器矩阵的新技术
- 中国科大实现肿瘤光热治疗和疗效实时成像评估
- 打破常规！利用CCD相机实现中红外成像
- 研究人员用高灵敏光声纳米探针实现分子水平非侵入性成像动脉粥样硬化斑块
- 新的X射线显微镜技术可对密集神经回路全面成像为深入了解大脑结构开辟新途径
- 只要130元！人人用得起的实验室级机器人显微镜
- 合肥研究院研制出高场磁体中可旋转磁力显微镜
- 物理学家开发新型超高分辨率荧光显微镜
- 科学家开发开源光学工具箱几百欧元制造的显微镜可与商业显微镜媲美
- 深圳先进院等在双光子显微成像技术研发中取得进展
- 北大研究人员开发基于点击化学的膨胀显微成像技术
- 深圳先进院等在低剂量光声成像研究中取得进展
- 西安交大科研人员在高分辨成像领域取得重要进展
- 科学家开发出深度学习超分辨显微成像方法
- 松下开发一种新型红外医学成像投影系统可将实时图像投射到患者身上
- 开创性新技术可能会彻底改变超分辨率成像系统
- 高分辨率成像技术以无损方式和纳米精度研究材料更清晰地看半导体内部
- 活细胞RNA中的超高分辨率成像
- 突破性新型X射线成像技术有望带来医学成像革命
- 新成像方法使脑血管可视化，且精确至可观察单个红细胞
- 俄提出解释大脑活动数据新方法比核磁共振成像技术的精确度高出5倍
- 量子探测场显微镜：太赫兹超快成像
- 中国团队在肿瘤组织微观磁成像技术方面取得重要进展
- 科学家开发一种低成本快速成像方法评估3D打印金属零件质量
- 基于多模光纤模式色散和深度学习的高速全光纤化成像技术
- 中国团队在单分子的超快原子分辨成像上取得新进展
- 科学家展示无标记超分辨率显微技术
- 科学家构建整个大脑网络的亚细胞图谱
- 中国团队研制出国际首款实时超光谱成像芯片
- DNA-PAINT实现更快、低背景的超分辨率成像
- 美国研究人员开发出基于AI的新型动态脑成像技术
- 美国加州大学戴维斯分校开发出一种新型相机实现单次曝光3D成像
- 首个超声诱导激光扫描显微镜面世 可对生物组织进行更深入、更详细观察
- 磁共振成像新技术“看清”大脑神经活动可在毫秒级时间尺度上进行监测
- 这个拇指大小的显微镜从动物大脑深处捕捉“神经景观”
版权声明：除特殊说明外，本站所有文章均为 字节点击 原创内容，采用 BY-NC-SA 知识共享协议。原文链接：https://byteclicks.com/42921.html 转载时请以链接形式标明本文地址。转载本站内容不得用于任何商业目的。本站转载内容版权归原作者所有，文章内容仅代表作者独立观点，不代表字节点击立场。报道中出现的商标、图像版权及专利和其他版权所有的信息属于其合法持有人，只供传递信息之用，非商务用途。如有侵权，请联系 gavin@byteclicks.com。我们将协调给予处理。
赞
