El microscopio cuántico óptico iónico ve átomos individuales

09.03.2021

Investigadores de la Universidad de Stuttgart han desarrollado un nuevo microscopio de iones ópticos que utiliza efectos cuánticos para crear imágenes de átomos individuales. Tenga en cuenta que en los últimos años, los científicos han creado muchas variantes de los llamados microscopios cuánticos de gas, pero su resolución le permite considerar objetos con un tamaño de aproximadamente 0,5 micrómetros. Esto es suficiente para poder considerar grupos aislados de átomos, y ahora los investigadores alemanes han empujado los límites de la percepción visual humana al nivel de los átomos individuales.

El componente clave del nuevo microscopio es la llamada lente electrostática, a través de la cual y en cuya superficie pueden moverse partículas cargadas como electrones e iones. Los lentes electrostáticos funcionan de manera similar a los lentes convencionales que se usan en las cámaras convencionales y en las cámaras de los teléfonos. Pero si las lentes ordinarias refractan y enfocan la luz debido a la curvatura de su superficie, entonces las lentes electrostáticas hacen lo mismo con la ayuda de "nubes" de iones que se mueven a lo largo de su superficie. Además, los parámetros ópticos de las lentes electrostáticas son muy fáciles de cambiar cambiando el potencial eléctrico que se les aplica y, en consecuencia, la fuerza del campo eléctrico.

En el nuevo microscopio, los científicos utilizaron un "paquete" de tres tipos diferentes de lentes electrostáticas y un dispositivo que aseguraba que solo los iones de un tipo en particular se transfirieran a la superficie de estas lentes. Además, el diseño del microscopio tiene una trampa especial en la que se retienen los átomos que son los objetos de la fotografía.

En sus experimentos, los científicos utilizaron átomos de rubidio enfriados a temperaturas ultrabajas y retenidos en las celdas de una red óptica. El disparo en sí se llevó a cabo mediante la aplicación de pulsos de luz láser, lo que condujo a la fotoionización de los átomos, que se convirtieron en iones de rubidio. Debido a algunos efectos, estos iones permanecieron prácticamente inmóviles en sus lugares durante 30 nanosegundos, enredándose a nivel cuántico con más y más iones cercanos. Y después de eso, fueron liberados en el espacio de trabajo del microscopio, donde se realizó la encuesta.

Probar las capacidades del nuevo microscopio mostró que con su ayuda es posible ver elementos individuales que varían en tamaño de 6.79 a 0.52 micrómetros con intervalos de 532 nanómetros entre ellos, lo que hace posible obtener imágenes de átomos individuales. Y la profundidad de la imagen creada es de 70 micrómetros, lo que es suficiente para crear imágenes tridimensionales reales.

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