Ionoptik-baseret kvantemikroskop kan afbilde individuelle atomer

Et team af forskere ved Universität Stuttgart har udviklet et ion-optik-baseret kvantemikroskop, der er i stand til at skabe billeder af individuelle atomer. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , gruppen forklarer, hvordan de byggede deres mikroskop, og hvor godt det fungerede, når det blev testet.

Forskere har flyttet grænserne for mikroskopi i mange år - så meget, at nuværende kvantegasmikroskoper nu er i stand til at se objekter så små som 0,5 μm i størrelse. Det er lille nok til at se på grupper af atomer. I denne nye indsats, forskerne har rykket grænsen endnu længere ved at skabe et mikroskop, der afbilder individuelle atomer.

Mikroskopet bygget af holdet begyndte med brugen af ​​en elektrostatisk linse, en enhed, der kan bruges til at transportere ladede partikler såsom elektroner. Forskerne satte tre af dem sammen og tilføjede en iondetektor, der var i stand til at udskille enkelte ioner. Elektrostatiske linser fungerer på måder, der ligner linser, der bruges i standard håndholdte kameraer eller smartphones. Men i stedet for at fokusere lyset ved hjælp af en buet overflade, en elektrostatisk linse leder ionbanerne i et elektrisk felt. Elektrostatiske linser adskiller sig også fra traditionelle linser ved, at de er justerbare - forskere behøver kun at ændre den spænding, der påføres det elektriske felt.

Forskerne tilføjede også et middel til at begrænse materiale, der skal afbildes - til test, de tilføjede ultrakolde rubidiumatomer og holdt dem i et gitter på måder, der minder om et kvantegasmikroskop. For at skabe et billede, forskerne affyrede laserimpulser mod atomerne, resulterer i fotoionisering. Dette tvang ionerne til at forblive på plads i cirka 30 nanosekunder. I løbet af deres tid i gitteret, atomerne interagerer med hinanden, resulterer i opbygning af mange-krops korrelationer. Ionerne blev derefter frigivet i mikroskopet, hvor der er lavet billeder.

Test af mikroskopet viste, at det var i stand til at fange funktioner fra 6,79 μm til 0,52 μm med 532 nm mellemrum - nok til at give mulighed for at skabe billeder af enkelte individuelle atomer. Det viste sig også at have et dybdefelt på 70μm - stort nok til at skabe 3D-billeder.

© 2021 Science X Network