I ricercatori dimostrano un microscopio basato sull'ottica ionica in grado di risolvere singoli atomi carichi. Gli atomi sono confinati in un reticolo ottico unidimensionale (parte inferiore dell'immagine) e quindi illuminati con un impulso luminoso, che ionizza gli atomi (palline verdi). Dopo un breve ritardo, gli atomi ionizzati vengono trasferiti nel sistema ionico-ottico, dove vengono manipolati con lenti elettrostatiche (rettangoli rossi) e ripresi con un rilevatore di ioni (parte superiore dell'immagine). La freccia indica la direzione di marcia degli ioni attraverso il microscopio. Credito:APS/Alan Stonebraker
Un team di ricercatori dell'Universität Stuttgart ha sviluppato un microscopio quantistico basato sull'ottica ionica in grado di creare immagini di singoli atomi. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica , il gruppo spiega come hanno costruito il loro microscopio e come ha funzionato durante il test.
Gli scienziati hanno spinto i confini della microscopia per molti anni, tanto che gli attuali microscopi quantistici a gas sono ora in grado di vedere oggetti di dimensioni fino a 0,5 μm. È abbastanza piccolo da guardare gruppi di atomi. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno spinto ulteriormente il confine creando un microscopio che visualizza i singoli atomi.
Il microscopio costruito dal team è iniziato con l'uso di una lente elettrostatica, un dispositivo che può essere utilizzato per trasportare particelle cariche come gli elettroni. I ricercatori ne hanno messi insieme tre e hanno aggiunto un rilevatore di ioni in grado di individuare singoli ioni. Gli obiettivi elettrostatici funzionano in modo molto simile agli obiettivi utilizzati nelle fotocamere portatili standard o negli smartphone. Ma invece di focalizzare la luce usando una superficie curva, una lente elettrostatica dirige i percorsi degli ioni in un campo elettrico. Le lenti elettrostatiche differiscono anche dalle lenti tradizionali in quanto sono regolabili:i ricercatori devono solo modificare la tensione applicata al campo elettrico.
I ricercatori hanno anche aggiunto un mezzo per confinare il materiale da esaminare:per test, hanno aggiunto atomi di rubidio ultrafreddi e li hanno tenuti in un reticolo in modi che ricordano un microscopio a gas quantistico. Per creare un'immagine, i ricercatori hanno sparato impulsi laser agli atomi, conseguente fotoionizzazione. Ciò ha costretto gli ioni a rimanere in posizione per circa 30 nanosecondi. Durante il loro tempo nel reticolo, gli atomi interagiscono tra loro, con conseguente accumulo di correlazioni a molti corpi. Gli ioni sono stati poi rilasciati al microscopio, dove sono state realizzate le immagini.
I test del microscopio hanno mostrato che è in grado di catturare caratteristiche da 6,79 μm a 0,52 μm con una distanza di 532 nm tra di loro, abbastanza da consentire la creazione di immagini di singoli singoli atomi. È stato anche scoperto che ha un campo di profondità di 70 μm, abbastanza grande da creare immagini 3D.
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