全息摄影，就像摄影一样，是一种记录我们周围世界的方式。这两种方法都是利用光来录音，但不是用二维照片，而是用全息图来再现三维形状。这种形状是由光线反射到物体上并干扰到作为参考的另一种光波后形成的图案推断出来的。
当用x光创建时，全息术可以是一种非常有用的方法来捕捉纳米尺度物体的高分辨率图像——这种物体非常小，其大小以纳米或十亿分之一米来测量。
到目前为止，x射线全息术仅限于形成晶体的物体，或依赖于样品在表面上的仔细定位。然而，许多纳米尺寸的颗粒是非晶体的，寿命短且非常脆弱。当它们被放置在一个表面上时，它们也可能在实验过程中遭受变化或损坏。气溶胶、物质的奇异状态和最小的生命形式通常都属于这些类别，因此很难用传统的成像方法来研究。
在最近的一项研究中，2018年3月的自然光子学的封面，研究人员开展了一种新的全息方法，称为飞行中的全息术。通过这种方法，他们能够首次展示纳米病毒的x射线全息图，这种病毒没有附着在任何表面。
在能量的SLAC国家加速器实验室的LinaC相干光源（LCLS）中，在LinaC相干光源（LCLS）中拍摄了所需的图案。已经在LCLS上研究了纳米病毒而没有全息参考，但X射线图像的解释需要许多步骤，依赖于人类投入，并且是一个计算具有挑战性的任务。
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n新的研究，作者从来自参考纳米尺寸球体的散射X射线光的病毒叠加了散射的X射线光。来自两个物体的叠加图像中的曲率提供了深度信息和关于450纳米宽的病毒的形状的深度信息和细节。该技术大大简化了数据的解释。“Instead of thousands of steps and algorithms that potentially don’t match up, you have a two-step procedure where you clearly get the structure out of your image,” says lead study author Tais Gorkhover, a Panofsky Fellow at SLAC and researcher at the Stanford PULSE Institute.
现在，科学家可以通过全息方法在一秒甚至更快的分数中重建样品。“Before our study, the interpretation of the X-ray images was very complicated and the structure of nanosamples was reconstructed long after the actual experiment using non-trivial algorithms,” says Christoph Bostedt, a scientist at the DOE’s Argonne National Laboratory and a co-author of the study. “With ‘in-flight’ holography, the procedure is very simple and in principle can be performed while taking data. This is a real breakthrough.”
“与非全息x射线成像相比，飞行全息成像方法的另一个优势是，它不容易受到噪声和可能出现在探测器上的伪影的影响，”合著者、来自德国柏林技术大学的博士生Anatoli Ulmer说。
从长远来看，研究人员预测，飞行中的全息技术将为研究空气污染、燃烧和催化过程提供新的方法，所有这些都涉及到纳米颗粒。
来源：SLAC国家加速器实验室
