Een team van onderzoekers van de Universität Stuttgart heeft een op ionenoptica gebaseerde kwantummicroscoop ontwikkeld die in staat is om afbeeldingen van individuele atomen te maken. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , de groep legt uit hoe ze hun microscoop hebben gebouwd en hoe goed het werkte toen het werd getest.

Wetenschappers verleggen al jaren de grenzen van de microscopie - zozeer zelfs dat de huidige kwantumgasmicroscopen nu objecten kunnen zien die zo klein zijn als 0,5 m. Dat is klein genoeg om naar groepen atomen te kijken. In deze nieuwe poging de onderzoekers hebben de grens nog verder verlegd door een microscoop te maken die individuele atomen in beeld brengt.

De door het team gebouwde microscoop begon met het gebruik van een elektrostatische lens, een apparaat dat kan worden gebruikt om geladen deeltjes zoals elektronen te transporteren. De onderzoekers plaatsten er drie bij elkaar en voegden een ionendetector toe die afzonderlijke ionen kon onderscheiden. Elektrostatische lenzen werken op een manier die sterk lijkt op lenzen die worden gebruikt in standaard handcamera's of smartphones. Maar in plaats van het licht te focussen met een gebogen oppervlak, een elektrostatische lens leidt de paden van ionen in een elektrisch veld. Elektrostatische lenzen verschillen ook van traditionele lenzen doordat ze verstelbaar zijn - onderzoekers hoeven alleen de spanning te veranderen die op het elektrische veld wordt toegepast.

De onderzoekers hebben ook een manier toegevoegd om materiaal dat moet worden afgebeeld te beperken - om te testen, ze voegden ultrakoude rubidium-atomen toe en hielden ze in een rooster op een manier die doet denken aan een kwantumgasmicroscoop. Om een ​​afbeelding te maken, de onderzoekers vuurden laserpulsen af ​​op de atomen, resulterend in foto-ionisatie. Dit dwong de ionen om ongeveer 30 nanoseconden op hun plaats te blijven. Tijdens hun tijd in het rooster, de atomen wisselden met elkaar, resulterend in de opbouw van veellichaamscorrelaties. De ionen werden vervolgens vrijgegeven in de microscoop, waar beelden zijn gemaakt.

Testen van de microscoop toonden aan dat deze functies van 6,79 m tot 0,52 μm kon vastleggen met een onderlinge afstand van 532 nm - genoeg om afbeeldingen van afzonderlijke individuele atomen te maken. Het bleek ook een diepteveld van 70 m te hebben, groot genoeg om 3D-beelden te maken.

© 2021 Science X Network