Створено іонно-оптичний квантовий мікроскоп, здатний «бачити» окремі атоми

Група дослідників з університету Штутгарта розробила новий іонно-оптичний мікроскоп, який за рахунок використання квантових ефектів здатний створювати зображення окремих атомів. Відзначимо, що за останні роки вчені створили безліч варіантів так званих газових квантових мікроскопів, але їх роздільна здатність дозволяє розглядати об’єкти, величиною близько 0.5 мікрометра. Це досить для того, щоб мати можливість розглянути відокремлені групи атомів і тепер німецькі дослідники розсунули кордон людського візуального сприйняття до рівня окремих атомів.

Ключовим компонентом нового мікроскопа є так звана електростатична лінза, через яку і на поверхні якої можуть пересуватися заряджені частинки, такі, як електрони і іони. Електростатичні лінзи працюють подібно до звичайних лінз, що використовуються в звичайних камерах і камерах телефонів. Але якщо звичайні лінзи заломлюють і фокусують світло за рахунок кривизни своїй поверхні, то електростатичні лінзи роблять все те ж саме за допомогою «хмар» іонів, що рухаються по їх поверхні. Більш того, оптичні параметри електростатичних лінз дуже легко змінювати, змінюючи прикладається до них електричний потенціал і, отже, силу електричного поля.

У новому мікроскопі вчені використовували «пакет» з трьох електростатичних лінз різного типу та влаштування, що забезпечував передачу на поверхню цих лінз тільки іонів якогось одного певного типу. Крім цього, в конструкції мікроскопа є спеціальна пастка, в якій утримуються атоми, які є об’єктами зйомки.

У своїх експериментах учені використовували охолоджені до ультранизьких температур атоми рубідію, утримувані в осередках оптичної решітки. Власне зйомка проводилася шляхом подачі імпульсів лазерного світла, що призвело до фотоионизации атомів, що перетворилися в іони рубідію. За рахунок деяких ефектів ці іони залишалися практично нерухомими на своїх місцях протягом 30 наносекунд, заплутуючись на квантовому рівні з усе більшою кількістю розташованих неподалік іонів. І після цього вони були випущені в робочий простір мікроскопа, де і була проведена зйомка.

Тестування можливостей нового мікроскопа показало, що при його допомоги можна побачити окремі елементи, розмірами від 6.79 до 0.52 мікрометра з 532-нанометровому інтервалами між ними, що робить цілком можливим отримання зображень окремих атомів. А величина глибини створюваного зображення становить 70 мікрометрів, чого вистачає для створення реальних тривимірних зображень.