压缩超快电子衍射成像
发布日期:2018-12-20   作者:王玲   浏览次数:797

在原子尺寸的空间尺度实现物质超快结构动力学的直接观测一直以来都是固体物理、化学反应及生物成像等领域的巨大挑战,而超快电子衍射技术由于同时具备短至百飞秒(10-15 s)和高达亚纳米(10-9 m)的时空分辨率,成为实时探测非平衡态物质中超快原子运动的有力工具。然而,由于超短电子脉冲中电子之间存在库仑斥力引起的相互作用,导致传统的基于泵浦探测原理的超快电子衍射实验装置仍然存在诸多问题,如泵浦光与探测电子束之间由外力场引起的时间抖动,以及待测动力学必须可重复等。针对这些关键的技术问题,华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室张诗按研究团队提出了一种压缩超快电子衍射成像技术,该技术将压缩感知理论与泵浦探测技术相结合,摒弃传统用于探测的超短电子脉冲,而使用具有低能量色散的长电子脉冲取而代之,同时采用空间随机编码的策略对携带待测样品结构动力学的衍射图样进行稀疏化,并在探测器位置得到编码且叠加的衍射图样。最后,利用相应的图像重构算法可以还原整个探测时间尺度内的时变电子衍射图样,进而完成对非平衡态物质中超快结构动力学信息的捕捉。与传统的超快电子衍射技术相比,该技术仅需单次探测即可完成实验,故可消除时间抖动及探测不可逆或不稳定的动态过程,有望在某种程度上替代传统的超快电子衍射技术。此外,由于压缩感知算法的引入,该技术对探测脉冲的亮度要求降低约两个数量级,这不仅对透射电镜的时变成像具有非常重要的意义,而且有望拓展至超快X射线成像领域,进而为超快结构动力学研究方向提供更多可能性。相关科研成果发表在Phys. Rev. Appl. 10, 054061 (2018)