Физики из Восточно–Китайского педагогического университета разработали технологию сверхбыстрой визуализации, позволяющую детально фиксировать процессы, протекающие в течение нескольких сотен фемтосекунд. Новый метод, получивший название CST–CMFI, дает возможность отслеживать динамику микромира в рамках одного измерения, что значительно упрощает изучение фундаментальных свойств материи и проектирование новых материалов.
Традиционные методы высокоскоростной съемки в основном фиксируют изменения интенсивности или яркости света. Однако свет также несет фазовую информацию, которая отражает то, как он преломляется или замедляется при прохождении через вещество. Разработанная китайскими учеными система одновременно регистрирует и интенсивность, и фазу. Это позволяет увидеть детали, которые остаются невидимыми при обычном подходе, особенно в случаях, когда яркость объекта остается неизменной.
В основе технологии лежит использование так называемого чирпированного лазерного импульса, состоящего из волн разной длины, которые достигают цели в разное время. Это создает жесткую привязку временных интервалов к спектру. Когда такой импульс взаимодействует с быстро меняющимся объектом, рассеянный свет собирает в себе пространственные и спектральные данные. Затем специально обученная нейросеть обрабатывает эту информацию, разделяя волны и восстанавливая последовательность кадров. Результатом становится сверхбыстрый фильм, снятый всего за одну вспышку лазера.
Эффективность метода была подтверждена в ходе двух экспериментов. В первом случае исследователи наблюдали за формированием плазмы в воде под воздействием лазерного импульса, что имеет значение для развития высокоточных медицинских технологий. Во втором эксперименте ученые проследили за движением носителей заряда в селениде цинка. Подобные данные критически важны для создания более быстрых электронных компонентов и эффективных солнечных батарей.
По мнению авторов работы, технология будет востребована в физике, химии и биологии для изучения мгновенных реакций, при которых атомы перестраиваются с огромной скоростью. В дальнейшем исследователи планируют усовершенствовать систему, чтобы она могла анализировать фазовые переходы в материалах, еще более чувствительных к изменениям светового спектра. Это расширит возможности применения метода в фундаментальной науке и промышленном производстве.
