基于3D立方體中的微觀金屬物體

拉夫堡大學(xué)的科學(xué)家首次證明太赫茲波相機可以捕獲隱藏在小物體內(nèi)微觀物體的3D圖像。

首席研究員Luana Olivieri博士表示，盡管該研究還處于早期階段，但該團隊的最新研究可能“對癌癥篩查，安全和材料研究相關(guān)的一系列領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響”。 這項研究是與Marco Peccianti教授，Luke Peters博士，Juan S. Totero博士和新興光子學(xué)研究中心（EPicX）的專家團隊合作進行的，表明太赫茲波可用于定位和識別微觀三維空間中的嵌入式物體和特征，例如裂縫和氣泡。該研究已發(fā)表在ACS Photonics雜志上，并登上今天出版的最新一期雜志的封面。

分布在整個 3D 立方體中的微觀金屬物體。金屬物體使用太赫茲波相機成像，然后進行的藝術(shù)渲染圖像。

太赫茲波是電磁頻譜中尚未探索的一部分，其頻率介于微波和紅外光之間。它們具有多種特性，使它們非常有用，例如它們能夠穿透不透明物體而不會造成傷害。

然而，太赫茲成像領(lǐng)域的主要問題之一是觀察微觀物體的能力有限。

Olivieri博士和EPicX團隊通過開發(fā)一種稱為“時間分辨非線性鬼影成像”的獨特方法克服了這一限制，該方法結(jié)合了一系列先進的檢測方法，涉及操縱光并測量它如何隨著時間的推移穿過物體。

他們的方法可以更清楚地看到較小的物體，盡管到目前為止，它只被證明適用于2D物體。

在他們最新的研究中，研究人員證明該技術(shù)可以通過用太赫茲輻射探測3毫米乘4毫米乘4微米（微米）立方體來捕獲微觀物體的600D圖像。

研究人員的成像技術(shù)使他們能夠分離和區(qū)分來自不同深度的信息，并以非常高的精度創(chuàng)建立方體的詳細3D圖像 - 使他們能夠以以前不可能的方式觀察其中物體的化學(xué)和物理性質(zhì)。

Olivieri博士和團隊能夠看到隱藏在小至60微米的立方體內(nèi)部的特征，這大約是人類頭發(fā)的寬度。

左上：嵌入物體的立方體的攝影圖像。彈出圖像是一個圖形草圖，顯示了由塑料、糖和 PTFE（一種合成聚合物）制成且嵌入不同深度的物體。右上：顯示太赫茲波穿過立方體的 3D 圖形草圖。下圖：太赫茲波相機拍攝的真實圖像。圖像顯示嵌入立方體中的物體在不同深度被檢測到。

雖然它看起來不是很小，但通常太赫茲波只能識別大約300微米或更大的物體，這就是太赫茲以前被排除在顯微鏡之外的原因。

奧利維耶里博士談到這項研究的重要性時說：“這種新方法之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，是因為它使我們能夠看到太小或太模糊而無法達到傳統(tǒng)方法的東西。閱讀光如何穿過物體的故事通常是一項復(fù)雜的任務(wù)，但通過這個過程，我們可以檢索加密的信息，解開多維數(shù)據(jù)，以揭示微觀尺度上的隱藏和'不可見'物體。最重要的是，太赫茲使我們能夠看穿可見光不透明的物體并產(chǎn)生3D圖像?！?/p>

彼得斯博士補充說：“在醫(yī)學(xué)上，太赫茲成像可用于檢測和診斷肉眼不可見的皮膚癌。在安全方面，它可以用來掃描人們是否有隱藏的武器或爆炸物，而無需物理拍打或侵入性搜查。在材料科學(xué)中，太赫茲成像可用于研究新材料的特性，并識別可能影響其性能的缺陷或雜質(zhì)。我們的工作使我們能夠?qū)⑦@些功能擴展到微觀領(lǐng)域。我對社會的潛在利益充滿熱情?！?/p>

EPicX主任Peccianti教授評論說：“這項工作是作為拉夫堡大學(xué)新興光子學(xué)研究中心的一部分開發(fā)的，該中心的范圍是圍繞重大技術(shù)經(jīng)濟和社會挑戰(zhàn)召集關(guān)鍵核心科學(xué)家，并通過光子學(xué)和太赫茲技術(shù)來應(yīng)對它們?！?br /> 責(zé)任編輯：彭菁