Camera sóng terahertz có thể bắt được các hình ảnh 3D của thế giới vi mô
Các nhà khoa học trường đại học Loughborough là những người đầu tiên chứng minh được một camera sóng terahertz nắm bắt các hình ảnh 3D các hạng mục vi mô nằm bên trong các vật thể nhỏ.
Tiến sĩ Luana Olivieri, nhà khoa học dẫn dắt nghiên cứu, cho biết dẫu nghiên cứu này mới chỉ ở những giai đoạn đầu, nhưng cũng có thể có “những gợi ý chính cho một phạm vi lĩnh vực ứng dụng liên quan như sàng lọc ung thư, an ninh, và nghiên cứu vật liệu”.
Nghiên cứu này, được thực hiện với sự hợp tác của giáo sư Marco Peccianti, tiến sĩ Luke Peters, tiến sĩ Juan S. Totero và nhóm chuyên gia từ Trung tâm nghiên cứu Emergent Photonics (EPicX), chứng mình là các sóng terahertz có thể được sử dụng để định vị vị trí và ghi nhận các vật thể và các đặc điểm riêng biệt, như các vết nứt và bong bóng, trong không gian ba chiều vi mô. “Terahertz Nonlinear Ghost Imaging via Plane Decomposition: Toward Near-Field Micro-Volumetry”, nghiên cứu này đã được xuất bản trên tạp chí ACS Photonics và là bài báo chủ đề, xuất hiện trên trang bìa của tạp chí số mới nhất 1.
Các sóng terahertz là phần chưa được khám phá nhiều của phổ điện từ với các tần số ở phạm vi giữa vi sóng và tia hồng ngoại. Chúng có nhiều đặc tính khiến chúng vô cùng hữu dụng như các năng lực đâm xuyên qua các vật thể bị chắn sáng mà không làm phá hủy vật thể.
Tuy nhiên, một trong những vấn đề chính của lĩnh vực chụp ảnh terahertz là năng lực giới hạn trong việc quan sát các vật thể vi mô.
Tiến sĩ Olivieri và nhóm nghiên cứu ở EPicX đã vượt qua giới hạn này bằng việc phát triển một cách tiếp cận độc đáo mà người ta gọi là “chụp ảnh bóng ma phi tuyến được xử lý theo thời gian”, vốn kết hợp một phạm vi các phương pháp dò tiên tiến và bao gồm việc điều khiển ánh sáng và đo đạc cách chúng chiếu xuyên qua một vật thể theo thời gian.
Phương pháp của họ cho phép quan sát một cách rõ ràng những vật thể nhỏ hơn mà cho đến tận bây giờ, dẫu mới chỉ được chứng tỏ trên các vật thể hai chiều.
Trong nghiên cứu của mình, họ đã chứng tỏ được là kỹ thuật này có thể nắm bắt được những hình ảnh 3D của các hạng mục vi mô bằng việc tìm kiếm các khối lập phương 600µm có cạnh 4mmx 4mm với bức xạ terahertz.
Kỹ thuật hình ảnh của các nhà nghiên cứu cho phép họ phân tách và phân biệt được thông tin từ những chiều sâu khác nhau và tái tạo nó một cách chi tiết, các hình ảnh ba chiều của các khối lập phương với độ chính xác rất cao – cho phép họ quan sát bản chất hóa học và vật lý của các phần bên trong chúng theo một cách không thể trước đây.
Tiến sĩ Olivieri và nhóm nghiên cứu có thể thấy được các đặc điểm giấu kín bên trong các khối lập phương nhỏ 60 micron tương đương với chiều dày của một sợi tóc người.
Thông thường các sóng terahertz có thể nhận diện được các vật thể ở kích thước 300 microns hoặc lớn hơn, vốn có thể là nguyên nhân khiến terahertz không được đưa vào kính hiển vi.
“Cách tiếp cận mới này cho phép chúng tôi thấy những vật thể quá nhỏ hoặc quá mờ nhạt để quan sát vì nó nằm ngoài phạm vi của các phương pháp truyền thống”, tiến sĩ Olivieri nói về tầm quan trọng của nghiên cứu này.
“Việc đọc câu chuyện về cách ánh sáng đi xuyên qua một vật thể thường là một nhiệm vụ phức tpaj nhưng với quá trình này, chúng tôi có thể trích xuất được thông tin đã được mã hóa, mở ra một bộ dữ liệu đa chiều còn bị dấu kín hoặc những vật thể ‘vô hình’ ở cấp độ vi mô.
Quan trọng nhất là terahertz cho phép chúng tôi nhìn xuyên qua các vật thể không trong suốt với ánh sáng khả kiến và tạo ra được các hình ảnh 3D”.
Tiến sĩ Peters cho biết thêm, “trong y sinh, hình ảnh terahertz có thể được sử dụng để dò và chẩn đoán bệnh ung thư da không thể hiển thị với mắt thường. “Trong an ninh, có thể dùng để quét, qua đó phát hiện người mang súng, vũ khí, vật nổ
mà không cần kiểm tra trực tiếp từ trên xuống dưới.
“Và trong khoa học vật liệu, hình ảnh terahertz cũng có thể được sử dụng để kiểm tra các đặc tính của những vật liệu mới và nhận diện những khuyết tật hoặc các tạp chất có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng.
Công việc của chúng tôi cho phép chúng tôi mở rộng các khả năng bên trong của kính hiển vi. Tôi cảm thấy hào hứng về lợi ích tiềm năng của nó với xã hội”.
Giao sư Peccianti, giám đốc EPicX, bình luận, “Công trình này được phát triển như một phần của công việc tại Trung tâm nghiên cứu Emergent Photonics tại ĐH Loughborough, nơi có khả năng tập hợp một đội ngũ các nhà khoa học cần thiết cho giải quyết những thách thức công nghệ – kinh tế và cách tiếp cận của họ trong lĩnh vực công nghệ photonics và terahertz”.
Thanh Hương tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2023-06-scientists-terahertz-camera-capture-3d.html
https://www.bollyinside.com/news/latest-science-news/new-discovery-unveils-revolutionary-terahertz-wave-cameras-ability-to-capture-3d-images-of-the-microscopic-realm/
———————————–
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.2c01727
