I fisici hanno sviluppato una tecnica basata sulla microscopia ottica che può essere utilizzata per creare immagini di atomi su scala nanometrica. In particolare, il nuovo metodo consente l'imaging di punti quantici in un chip semiconduttore. Insieme ai colleghi dell'Università di Bochum, scienziati dell'Università di Basilea hanno riportato i risultati sulla rivista Fotonica della natura .

I microscopi ottici convenzionali non possono essere utilizzati per l'immagine di singole molecole e atomi, che misurano solo frazioni di nanometro di diametro. Questo ha a che fare con la natura ondulatoria della luce e le leggi fisiche associate. Secondo queste leggi, la risoluzione massima di un microscopio è pari alla metà della lunghezza d'onda della luce utilizzata. Per esempio, se usi la luce verde con una lunghezza d'onda di 500 nanometri, un microscopio ottico può, nella migliore delle ipotesi, distinguere oggetti a una distanza di 250 nanometri.

Negli ultimi anni, però, gli scienziati hanno aggirato questo limite di risoluzione per generare immagini di strutture che misurano solo pochi nanometri di diametro. Fare così, hanno usato laser di varie lunghezze d'onda per innescare la fluorescenza nelle molecole in una parte della sostanza mentre la sopprimevano nelle aree circostanti. Ciò consente loro di visualizzare strutture come molecole di colorante, che hanno una dimensione di pochi nanometri. Lo sviluppo di questo metodo, L'esaurimento stimolato delle emissioni (STED) ha portato al Premio Nobel per la Chimica 2014.

Timo Kaldewey, dal Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea e dallo Swiss Nanoscience Institute, ha ora lavorato con i colleghi della Ruhr-University Bochum (Germania) per sviluppare una tecnica simile che consente l'imaging di oggetti in nanoscala, in particolare un sistema meccanico quantistico a due livelli. I fisici hanno studiato i cosiddetti punti quantici, atomi artificiali in un semiconduttore, che il nuovo metodo era in grado di visualizzare come punti luminosi. Gli scienziati hanno eccitato gli atomi con un laser pulsato, che cambia colore ad ogni impulso. Di conseguenza, la fluorescenza dell'atomo viene attivata e disattivata.

Considerando che il metodo STED funziona solo occupando almeno quattro livelli di energia in risposta all'eccitazione del laser, il nuovo metodo di Basilea funziona anche con atomi che hanno solo due stati energetici. I sistemi a due stati di questo tipo costituiscono importanti sistemi modello per la meccanica quantistica. A differenza della microscopia STED, il nuovo metodo inoltre non rilascia calore. "Questo è un enorme vantaggio, poiché qualsiasi calore rilasciato può distruggere le molecole che stai esaminando, " spiega Richard Warburton. "Il nostro nanoscopio è adatto a tutti gli oggetti con due livelli di energia, come atomi reali, molecole fredde, punti quantici, o centri di colore."