Mindenki által jól ismert tény, hogy egy lencse valamely tárgyról egy adott síkban éles képet ad. Az adott tárgy előtt, illetve mögött elhelyezkedő más objektumokról a mégoly precíziós lencse sem képes éles képet adni, holott a mélységélesség bármely lencsével működő optikai leképező eszköz (például fényképezőgép) fontos jellemzője. Elektronmikroszkóp esetében a "lencséken" fellépő hibák miatt ez a probléma még jelentősebb.

Az elektronmikroszkóp felbontóképességének javításán dolgozó Gábor Dénesnek 1948-ban az az ötlete támadt, hogy a leképezés lencse nélkül is megoldható, ha a fényképezőlemezen a tárgyat megvilágító hullám (fény- vagy elektronhullám) találkozik az ugyanabból a forrásból kibocsátott másik hullámmal. A fényképezőlemez megfeketedése ekkor a sugárzásnak nemcsak az amplitúdójával arányos, hanem a két különböző úton odajutott sugárzás fázisának különbségét is tükrözi. Az ilyen intenzitáseloszlást rögzítő fényképet Gábor Dénes a görög holos (egész, teljes) szó alapján nevezte el hologramnak, mert az a tárgyról a rögzített hullámoknak nemcsak az amplitúdóját, hanem fázisát is tartalmazza. A holografikus kép különös és alapvető tulajdonsága, hogy a kétdimenziós - tehát síkbeli - kiterjedésű fényképezőlemezen tárolt információ a tárgy háromdimenziós, vagyis térbeli megjelenítését szolgáltatja.

Mára a hologramok életünk tartozékaivá váltak, gondoljunk például a bankkártyák kis ezüstszínű biztonsági hologramjára. A lézertechnikának köszönhetően pedig rendkívül széles körű a holográfia tudományos és technikai alkalmazása. Gábor Dénes eredeti vágya, az anyag atomi szintű szerkezetének holografikus vizsgálata még váratott magára, mivel néhány technikai feltétel, például az atomok távolságával összemérhető hullámhosszú pontszerű sugárforrás, illetve detektor korábban nem állt rendelkezésre. 1986-ban az Amerikában élő Szőke Ábrahám megmutatta, hogy az atomokból felszabadított fotoelektronok eleget tesznek a hologram képződéséhez szükséges alapfeltételeknek. Szőke elméleti megfontolását hamarosan kísérletileg is igazolták. 1991-ben két fiatal magyar fizikus, Tegze Miklós és Faigel Gyula kiterjesztette az eljárást: a stronciumtitanát nevű anyagban a stronciumatomok kristályrácsban való elhelyezkedésének kitűnő minőségű háromdimenziós leképezését hozták létre röntgensugarakkal.

A fizikusok régóta egyetértenek abban, hogy a röntgen-, illetőleg a szinkrotron-sugárzás és a termikus neutronok segítségével végzett anyagszerkezeti vizsgálatok egymást kitűnően kiegészítő eljárások. Felvetődött a kérdés, vajon a termikus neutronoknak ezen tulajdonsága nem kamatoztatható-e az atomi felbontású holográfia területén is?

Cser László, az MTA Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézet tudományos tanácsadója egy tavalyi tudományos közleményben már azt állította, a fénysugarak interferenciájához hasonlóan, a neutronok hullámtulajdonságait kihasználva az atomi szerkezetek háromdimenziós képe is megjeleníthető. Munkatársaival a neutronholográfia elvének megalkotása mellett a kísérleti megvalósítás két lehetséges módozatát is kidolgozta. Az egyik eljárás a protonok és a neutronok különleges kölcsönhatásán alapul, ami lehetővé teszi, hogy a vizsgált mintába beépített hidrogénatommagok a beeső neutronnyalábot minden irányban egyenletesen szétterítsék, és ennek köszönhetően a minta belsejében pontszerű, monokromatikus neutronforrásokként "működjenek". A másik eljárás során a vizsgálandó mintába neutronelnyelő atommagokat kell megfelelő módon elhelyezni, így azok a neutronhullámok lokális, pontszerű detektoraként viselkednek, azaz érzékelik a neutronhullámok interferenciáját. A neutronelnyelést azonnal gamma-sugárzássá alakítják át, és ez utóbbi sugárzás detektálása a minta orientációja függvényében szolgáltatja a hologramot.

A Cser László vezette hazai kutatócsoport az utóbbi kísérlet megvalósítását tűzte ki célul. Az előkísérleteket (kristályok tesztelése, gammadetektorok stabilitásvizsgálata stb.) a budapesti kutatóreaktorban végezték el, a grenoble-i Laue-Langevin Intézet nagy fluxusú reaktorral 2001 nyarán pedig már sikeresen túljutottak az első gamma-detektációs kísérleteken is. A további kísérletekre a magyar kutatók 2002 tavaszára kaptak újabb lehetőséget Grenoble-ban.

A Nature című tekintélyes tudományos folyóirat 2001. november 29-i számában egy kanadai kutatócsoport - Cser Lászlóék cikkére hivatkozva - már sikeres neutronholográfiai kísérletről számolt be. A kanadaiak a Cser által javasolt másik módszer alapján állítottak elő neutronhologramot. A tengerentúliaknál a természetben is előforduló úgynevezett Simpsonit-kristályban (alumínium-tantalum-hidrát) található hidrogénatom játszotta a pontszerű belső forrás szerepét a neutronok környező atomokon való interferenciájának megjelenítéséhez. Ennek alapján sikerült rekonstruálni a hidrogént körülvevő atomok térbeli elhelyezkedését.

A neutronok számos unikális tulajdonsággal is rendelkeznek: mágneses momentumuk révén az anyagok mágneses mikroszerkezetére is érzékenyek, egyazon elemen belül az izotópokat is meg tudják különböztetni. Emiatt olyan anyagszerkezet-kutatási problémákat is meg lehet segítségükkel oldani, amilyeneket az elektromágneses sugárzásokkal nem. Végeredményben tehát egymást kiegészítve, a neutron- és röntgenholográfia az anyagszerkezet kutatásában - különösen az atomok lokális környezetének felderítésében - új távlatokat nyithat.