Американские ученые разработали метод голографии крупных твердотельных объектов с помощью нейтронных пучков. Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Express.

Нейтрон — тяжелая элементарная частица практически без электрического заряда. Отсутствие заряда сокращает взаимодействие нейтрона с веществом и повышает его проникающую способность. Это используется в нейтронных интерферометрах: с их помощью ученые «просвечивают» разрабатываемые вещества, чтобы описать их свойства. Но этот метод подходит только для простых и небольших структур, например кристаллов — из-за повторяющихся атомных рядов, — поскольку качество визуализации в нейтронной интерферометрии остается очень низким.

В новой работе ученые усовершенствовали порядок использования нейтронного интерферометра. В классическом варианте два пучка направляются параллельно друг другу, затем один — опорный — проходит через призму, второй сталкивается с изучаемым объектом, после чего оба они сходятся на фотопластинке. Авторы расщепили нейтронные пучки с помощью трех светоделителей и направили их на интегратор (для измерения интенсивности) и нейтрон-чувствительную камеру. Объектом визуализации стала сферическая фазовая пластинка из алюминия.

Последовательная передача одного из пучков через пластинку создавала волновой «шум», структура которого зависела от локальной толщины объекта. В результате ученым удалось получить двухмерное изображение этого «шума», а затем — анимировать процесс. На анимации видно, как над и под основным пятном света возникают спиралевидные структуры, которые созданы интерферирующими паттернами в нейтронных пучках. По словам авторов, это первый случай успешной визуализации крупного твердотельного объекта с помощью нейтронов.

Исследователи отмечают, что сочетание метода с другими показателями нейтронной интерферометрии может помочь в создании трехмерных голограмм, по свойствам близких к оптическим. Это упростит визуализацию результатов интерферометрии и, в целом, анализ новых материалов.

В классическом понимании голография представляет собой группу технологий для записи, воспроизведения и переформирования волновых полей оптического электромагнитного излучения. В качестве источника света в этом случае часто используется лазер, пучок которого также расщепляется посредством светоделителей (линз и зеркал), а затем сходится на фотопластинке. Однако для «просвечивания» атомарной структуры объектов лазер не применим, хотя и позволяет получить больше информации об их внешних свойствах.