韩国科学技术院的研究人员发现了克服x射线显微镜限制的关键

利用随机衍射的数学特性，克服现有x射线成像分辨率上限限制的基本技术

　　

   

   

设计的扩散器为x射线成像透镜。a，全场透射x射线显微术示意图。测量样品的衰减(振幅)图。图像分辨率(dx)受到带板(D)的最外层带宽度的限制。b，所提方法的示意图。采用设计的扩散器代替带板。图像分辨率比扩散器的孔尺寸(dx << D)更细。

资料来源:韩国科学技术院生物医学光学实验室

x射线显微镜的优点是可以穿透大多数物质，因此可以通过胸部x光或CT扫描无侵入性地观察内部器官和骨骼。最近，为了在纳米尺度上精确观察半导体和电池的内部结构，正在积极进行提高x射线成像技术分辨率的研究。

韩国科学技术院12日宣布，由物理系教授朴龙根和浦项加速器实验室博士林俊领导的联合研究小组成功开发出了可以克服现有x射线显微镜分辨率限制的核心技术。

这项研究由KyeoReh Lee博士作为第一作者参与，并于4月6日发表在世界著名的光学与光子学学术期刊《光:科学与应用》上。(论文题目:利用伪随机性的直接高分辨率x射线成像)。

x射线纳米显微镜没有折射透镜。在x射线显微镜中，用一种叫做同心带板的圆形光栅来代替透镜。使用带板获得的图像的分辨率由包含该板的纳米结构的质量决定。在制造和维护这些纳米结构方面存在一些困难，这限制了x射线显微镜的分辨率水平。

研究小组开发了一种新的x射线纳米显微技术来克服这一问题。研究小组提出的x射线透镜是在钨薄膜上打孔，通过衍射入射的x射线，产生随机的衍射图案。研究小组从数学上发现，样品的高分辨率信息完全包含在这些随机衍射图案中，并实际上成功地提取了信息并对样品的内部状态进行了成像。

KyeoReh Lee博士和YongKeun Park教授于2016年首次在可见光波段提出并实现了利用随机衍射的数学特性的成像方法*。本研究利用以往的研究成果，解决了x射线成像领域的难题。

所构造样本图像的分辨率与所使用的随机透镜上蚀刻图案的大小没有直接关系。研究组根据这一想法，利用随机制作的直径为300纳米的圆形透镜，成功获取了分辨率为14纳米(约为冠状病毒大小的1/7)的图像。

该研究小组开发的成像技术是提高x射线纳米显微镜分辨率的关键基础技术，这一技术一直受到现有带板生产的限制。

第一作者和共同通讯作者之一的KAIST物理系李京赫博士表示:“在此次研究中，分辨率被限制在14nm，但如果使用下一代x射线光源和高性能x射线探测器，分辨率将超过传统的x射线纳米成像，接近电子显微镜的分辨率。”并补充说，“与电子显微镜不同，x射线可以在不损坏样品的情况下观察内部结构，因此它将能够为非侵入性纳米结构观察过程(如半导体质量检查)提出一个新标准。”

共同通讯作者浦项加速器实验室的林俊博士表示:“在同样的情况下，将在忠北五昌市建设的第4代多功能辐射加速器中，利用已开发的影像技术，有望大大提高其性能。”

该研究得到了国家研究财团“研究领袖计划”和世宗科学奖学金的支持。

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Direct high-resolution X-ray imaging exploiting pseudorandomness