Американские и британские физики разработали методику фотографирования наночастиц произвольной формы при помощи рентгеновского излучения, которая позволяет получать трехмерные изображения высокого качества даже при низком качестве лучей рентгена, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

«До сих пор нас ограничивало качество наших рентгеновских излучателей. Нам удалось показать, что даже с такими лучами мы можем получать снимки наноматериалов с очень высоким качеством. Полученные изображения легче поддаются интерпретации по сравнению с другими техниками рентгеновской “фотографии” и могут помочь нам понять структуру наноматериалов», — заявил руководитель группы ученых Айан Робинсон (Ian Robinson) из университетского колледжа Лондона (Великобритания).

Робинсон и его коллеги пытались улучшить качество изображений, которые генерируются компьютером при помощи метода так называемой когерентной дифракции. По этой методике, наночастица или любой другой объект облучаются когерентным излучением — потоком параллельно двигающихся частиц с примерно одинаковыми свойствами. В его роли может выступать поток электронов или рентгеновский лазер.

Когда волны излучения сталкиваются с объектом, часть из них отскакивает от поверхности частицы, а часть проходит через нее, образуя особую дифракционную картинку из относительно светлых и затемненных участков. Для получения трехмерного изображения объекта ученые получают множество дифракционных картинок, меняя угол падения лучей, и объединяют их при помощи компьютера. Когерентность излучения играет ключевую роль в этом процессе — при ее понижении картинка «расплывается» и качество изображения резко падает.

Группа физиков под руководством Робинсона разработала новый алгоритм «сборки» изображения, который позволяет объединять дифракционные картинки, полученные при помощи частично когерентного источника рентгеновского излучения. Ученым удалось нейтрализовать неточности, возникающие из-за слабой когерентности излучения, при помощи сложных математических расчетов.

Робинсон и его коллеги проверили свой алгоритм на прочность, попытавшись получить трехмерную фотографию золотой наночастицы диаметром в несколько сотен нанометров, освещенной «некачественным» рентгеном. Новый алгоритм позволил физикам получить достаточно четкое изображение частицы, несмотря на искусственное ухудшение когерентности луча.

По расчетам исследователей, качество картинки улучшилось примерно в 2,7-4 раза, в зависимости от качества луча. Как полагают физики, их методика будет особенно полезна для небольших лабораторий, не обладающих доступом к дорогостоящим и громоздким рентгеновским лазерам высокой мощности. Кроме того, подобная методика улучшения изображения может применяться и при использовании других источников частиц — потока электронов или синхротронного излучения.
источник