德國馬克斯·玻恩研究所、亥姆霍茲中心、美國布魯克海文國家實驗室和麻省理工學院研究人員組成的團隊，開發出一種革命性的新方法，利用強大的X射線源捕獲納米級材料波動的高分辨率圖像。這種新技術允許創建清晰、詳細的影像，而不會因過度輻射損壞樣本。研究結果近日發表在《自然》雜志上。

世界的微觀領域是不斷運動的，并以不斷變化為標志。即使在看似不變的固體材料中，這些波動也可能產生不尋常的性質；高溫超導體中電流的無損傳輸就是一個例子。在相變過程中，波動尤其明顯，材料會改變其狀態，例如在熔化過程中從固體變成液體。然而，詳細研究這些過程是一項艱巨的任務，捕捉到這些波動模式的影像就更具挑戰性。

相干相關成像原理用于對隨機過程進行成像，例如拋硬幣。硬幣的單個簡短圖像可能無法充分曝光以清楚地識別硬幣上的圖像。然而，一種新的算法可以對多張圖像進行排序和組合，以生成硬幣兩面的清晰圖像，然后可以將其準確地分配給曝光時刻。圖片來源：德國柏林馬克斯·玻恩研究所

聯合研究團隊開發出一種新的無損成像方法，稱為相干相關成像。為了制作一段影像，他們快速連續地拍攝樣本的多個快照，同時降低足夠的光照以保持樣本的完好無損。盡管這會導致個別圖像中樣品的波動模式變得不清晰，但這些圖像仍包含足夠的信息以將它們分成幾組。

研究團隊首先創建一種新的算法來分析圖像之間的相關性。每個組中的快照非常相似，因此可能來自相同的特定波動模式。只有當一組中的所有鏡頭一起觀看時，才會出現樣本的清晰圖像。科學家們現在能將每一張快照與樣本當時狀態的清晰圖像聯系起來。

該團隊在由薄磁性層制成的樣品上展示了相干相關成像。他們創建了一張地圖，顯示了被稱為磁疇的區域之間邊界的首選位置。這張地圖和運動的影像使人們更好地理解了材料中的磁性相互作用，促進了未來在先進計算機體系結構中的應用。