Германские физики сумели получить серию из двух изображений объекта, разнесённых во времени всего на 50 фемтосекунд (50•10^-15 с).

Конечной целью опыта, по словам его авторов, должна стать регистрация смещений молекул и наноструктур в реальном времени с атомарным пространственным разрешением. Появление такой технологии будет равносильно переходу на совершенно новый уровень изучения химических реакций.

Одна часть задачи — получение отдельных снимков с фемтосекундными выдержками — уже решена. Основная же сложность заключается в том, чтобы сделать несколько фотографий подряд: экспериментаторы просто не успевают сменить регистрирующий датчик или обновить информацию на нём за то короткое время, которое разделяет моменты съёмки.

В новой работе предлагается оригинальное голографическое решение этой проблемы. Для создания двух следующих друг за другом изображений учёные использовали импульсы установленного в Гамбурге рентгеновского лазера FLASH, которые разделяются надвое, после чего первая «половинка» задерживается относительно второй на нужное число фемтосекунд. Снимки, соответствующие двум подготовленным импульсам, с помощью специальной маски кодируются в одной голограмме, а отдельные изображения затем восстанавливаются математическими методами.

Рис. 1. Схема опыта (иллюстрация авторов работы).

Снятый физиками объект — предельно упрощённая модель Бранденбургских ворот — имел микрометровые размеры, а на временнóй оси кадры, как уже было указано, отстояли друг от друга на 50 фс.

«За такое время луч света пройдёт расстояние, сравнимое с толщиной человеческого волоса», — напоминает участник исследования Кристиан Гюнтер (Christian Günther) из Берлинского технического университета. Применение коротковолнового рентгеновского излучения позволило сохранить разрешение на довольно высоком уровне.

Действуя аналогичным образом, можно закодировать в одной голограмме и большее число изображений.

Рис. 2. Центральная часть полученной голограммы и изображения микрометрового объекта (иллюстрации HZB / Eisebitt).

Результаты исследований опубликованы в статье:

C. M. Günther, B. Pfau, R. Mitzner, B. Siemer, S. Roling, H. Zacharias, O. Kutz, I. Rudolph, D. Schondelmaier, R. Treusch & S. Eisebitt Sequential femtosecond X-ray imaging. – Nature Photonics (2011) doi:10.1038/nphoton.2010.287; Published online 09 January 2011.