Los físicos han desarrollado una técnica basada en microscopía óptica que se puede utilizar para crear imágenes de átomos a nanoescala. En particular, el nuevo método permite la formación de imágenes de puntos cuánticos en un chip semiconductor. Junto con colegas de la Universidad de Bochum, Científicos de la Universidad de Basilea informaron los hallazgos en la revista. Fotónica de la naturaleza .

Los microscopios ópticos convencionales no se pueden utilizar para obtener imágenes de moléculas y átomos individuales, que miden solo fracciones de nanómetro de ancho. Esto tiene que ver con la naturaleza ondulatoria de la luz y las leyes físicas asociadas. De acuerdo con estas leyes, La resolución máxima de un microscopio es igual a la mitad de la longitud de onda de la luz utilizada. Por ejemplo, si usa luz verde con una longitud de onda de 500 nanómetros, un microscopio óptico puede, a lo mejor, distinguir objetos a una distancia de 250 nanómetros.

En años recientes, sin embargo, Los científicos han eludido este límite de resolución para generar imágenes de estructuras que miden solo unos pocos nanómetros de diámetro. Para hacerlo utilizaron láseres de varias longitudes de onda para activar la fluorescencia en moléculas en parte de la sustancia mientras la suprimían en las áreas circundantes. Esto les permite obtener imágenes de estructuras como moléculas de tinte, que tienen solo unos pocos nanómetros de tamaño. El desarrollo de este método, El agotamiento de las emisiones estimuladas (STED) resultó en el Premio Nobel de Química 2014.

Timo Kaldewey, del Departamento de Física de la Universidad de Basilea y del Instituto Suizo de Nanociencia, ahora ha trabajado con colegas de la Ruhr-University Bochum (Alemania) para desarrollar una técnica similar que permite la obtención de imágenes de objetos a nanoescala, particularmente un sistema mecánico cuántico de dos niveles. Los físicos estudiaron lo que se conoce como puntos cuánticos, átomos artificiales en un semiconductor, que el nuevo método pudo representar como puntos brillantes. Los científicos excitaron los átomos con un láser pulsado, que cambia de color durante cada pulso. Como resultado, la fluorescencia del átomo se enciende y se apaga.

Mientras que el método STED solo funciona ocupando al menos cuatro niveles de energía en respuesta a la excitación del láser, el nuevo método de Basilea también funciona con átomos que tienen solo dos estados energéticos. Los sistemas de dos estados de este tipo constituyen sistemas modelo importantes para la mecánica cuántica. A diferencia de la microscopía STED, el nuevo método tampoco libera calor. "Esta es una gran ventaja, ya que cualquier calor liberado puede destruir las moléculas que estás examinando, "explica Richard Warburton." Nuestro nanoscopio es adecuado para todos los objetos con dos niveles de energía, como los átomos reales, moléculas frías, puntos cuánticos, o centros de color ".