Os pesquisadores demonstram um microscópio baseado em ótica iônica que pode resolver átomos carregados individualmente. Os átomos são confinados em uma rede óptica unidimensional (parte inferior da imagem) e, em seguida, iluminados com um pulso de luz, que ioniza os átomos (bolas verdes). Depois de um pequeno atraso, os átomos ionizados são transferidos para o sistema ótico-íon, onde eles são manipulados com lentes eletrostáticas (retângulos vermelhos) e fotografados com um detector de íons (topo da imagem). A seta indica a direção do percurso dos íons através do microscópio. Crédito:APS / Alan Stonebraker
Uma equipe de pesquisadores da Universität Stuttgart desenvolveu um microscópio quântico baseado em ótica iônica que é capaz de criar imagens de átomos individuais. Em seu artigo publicado na revista Cartas de revisão física , o grupo explica como eles construíram seu microscópio e como funcionou bem quando testado.
Os cientistas têm expandido os limites da microscopia há muitos anos - tanto que os atuais microscópios quânticos de gás agora são capazes de ver objetos de até 0,5 µm. Isso é pequeno o suficiente para olhar para grupos de átomos. Neste novo esforço, os pesquisadores ampliaram ainda mais os limites ao criar um microscópio que faz imagens de átomos individuais.
O microscópio construído pela equipe começou com o uso de lentes eletrostáticas, um dispositivo que pode ser usado para transportar partículas carregadas, como elétrons. Os pesquisadores colocaram três deles juntos e adicionaram um detector de íons que foi capaz de identificar íons individuais. As lentes eletrostáticas funcionam de maneira muito semelhante às lentes usadas em câmeras portáteis padrão ou smartphones. Mas, em vez de focar a luz usando uma superfície curva, uma lente eletrostática direciona os caminhos dos íons em um campo elétrico. As lentes eletrostáticas também diferem das lentes tradicionais por serem ajustáveis - os pesquisadores precisam apenas alterar a voltagem aplicada ao campo elétrico.
Os pesquisadores também adicionaram um meio de confinar o material a ser trabalhado - para teste, eles adicionaram átomos de rubídio ultracold e os mantiveram em uma estrutura que lembra um microscópio quântico de gás. Para criar uma imagem, os pesquisadores dispararam pulsos de laser nos átomos, resultando em fotoionização. Isso forçou os íons a permanecerem no local por aproximadamente 30 nanossegundos. Durante seu tempo na rede, os átomos interagiam uns com os outros, resultando no acúmulo de correlações de muitos corpos. Os íons foram então liberados no microscópio, onde as imagens foram feitas.
O teste do microscópio mostrou que ele é capaz de capturar características de 6,79 μm a 0,52 μm com espaçamento de 532 nm entre eles - o suficiente para permitir a criação de imagens de átomos individuais individuais. Também foi descoberto que ele tinha um campo de profundidade de 70 μm - grande o suficiente para criar imagens 3-D.
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