Los investigadores demuestran un microscopio basado en óptica iónica que puede resolver átomos cargados individuales. Los átomos se confinan en una red óptica unidimensional (parte inferior de la imagen) y luego se iluminan con un pulso de luz, que ioniza los átomos (bolas verdes). Después de un breve retraso, los átomos ionizados se transfieren al sistema ionóptico, donde se manipulan con lentes electrostáticos (rectángulos rojos) y se obtienen imágenes con un detector de iones (parte superior de la imagen). La flecha indica la dirección de desplazamiento de los iones a través del microscopio. Crédito:APS / Alan Stonebraker
Un equipo de investigadores de la Universität Stuttgart ha desarrollado un microscopio cuántico basado en óptica iónica que es capaz de crear imágenes de átomos individuales. En su artículo publicado en la revista Cartas de revisión física , el grupo explica cómo construyeron su microscopio y qué tan bien funcionó cuando se probó.
Los científicos han estado ampliando los límites de la microscopía durante muchos años, tanto es así que los microscopios cuánticos de gas actuales ahora pueden ver objetos tan pequeños como de 0,5 μm de tamaño. Eso es lo suficientemente pequeño como para mirar grupos de átomos. En este nuevo esfuerzo, los investigadores han ampliado aún más el límite al crear un microscopio que captura imágenes de átomos individuales.
El microscopio construido por el equipo comenzó con el uso de una lente electrostática, un dispositivo que se puede utilizar para transportar partículas cargadas como electrones. Los investigadores juntaron tres de ellos y agregaron un detector de iones que podía distinguir iones individuales. Las lentes electrostáticas funcionan de manera muy similar a las lentes que se usan en las cámaras de mano estándar o en los teléfonos inteligentes. Pero en lugar de enfocar la luz usando una superficie curva, una lente electrostática dirige las trayectorias de los iones en un campo eléctrico. Los lentes electrostáticos también se diferencian de los lentes tradicionales en que son ajustables; los investigadores solo necesitan cambiar el voltaje aplicado al campo eléctrico.
Los investigadores también agregaron un medio para confinar el material que se va a tomar imágenes, para probar, agregaron átomos de rubidio ultrafríos y los mantuvieron en una red de formas que recuerdan a un microscopio cuántico de gas. Para crear una imagen, los investigadores dispararon pulsos de láser a los átomos, resultando en fotoionización. Esto obligó a los iones a permanecer en su lugar durante aproximadamente 30 nanosegundos. Durante su tiempo en la celosía, los átomos interactuaron entre sí, resultando en la acumulación de correlaciones de muchos cuerpos. Luego, los iones se liberaron en el microscopio, donde se hicieron las imágenes.
Las pruebas del microscopio demostraron que es capaz de capturar características de 6,79 μm a 0,52 μm con un espacio de 532 nm entre ellas, suficiente para permitir la creación de imágenes de átomos individuales individuales. También se encontró que tenía un campo de profundidad de 70 μm, lo suficientemente grande como para crear imágenes en 3-D.
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