Les chercheurs font la démonstration d'un microscope basé sur l'optique ionique qui peut résoudre des atomes chargés individuels. Les atomes sont confinés dans un réseau optique unidimensionnel (bas de l'image) puis illuminés par une impulsion lumineuse, qui ionise les atomes (boules vertes). Après un court délai, les atomes ionisés sont transférés dans le système ion-optique, où ils sont manipulés avec des lentilles électrostatiques (rectangles rouges) et imagés avec un détecteur d'ions (en haut de l'image). La flèche indique le sens de déplacement des ions à travers le microscope. Crédit :APS/Alan Stonebraker
Une équipe de chercheurs de l'Universität Stuttgart a développé un microscope quantique basé sur l'optique ionique capable de créer des images d'atomes individuels. Dans leur article publié dans la revue Lettres d'examen physique , le groupe explique comment ils ont construit leur microscope et à quel point il a bien fonctionné lorsqu'il a été testé.
Les scientifiques repoussent les limites de la microscopie depuis de nombreuses années, à tel point que les microscopes à gaz quantiques actuels sont désormais capables de voir des objets aussi petits que 0,5 µm. C'est assez petit pour regarder des groupes d'atomes. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont repoussé les limites encore plus loin en créant un microscope qui image des atomes individuels.
Le microscope construit par l'équipe a commencé par l'utilisation d'une lentille électrostatique, un dispositif qui peut être utilisé pour transporter des particules chargées telles que des électrons. Les chercheurs en ont mis trois ensemble et ont ajouté un détecteur d'ions capable de distinguer des ions uniques. Les objectifs électrostatiques fonctionnent de manière très similaire aux objectifs utilisés dans les appareils photo portables standard ou les smartphones. Mais au lieu de focaliser la lumière à l'aide d'une surface incurvée, une lentille électrostatique dirige les trajets des ions dans un champ électrique. Les lentilles électrostatiques diffèrent également des lentilles traditionnelles en ce qu'elles sont réglables :les chercheurs n'ont qu'à modifier la tension appliquée au champ électrique.
Les chercheurs ont également ajouté un moyen de confiner le matériel à imager - pour les tests, ils ont ajouté des atomes de rubidium ultrafroids et les ont maintenus dans un réseau d'une manière qui rappelle un microscope à gaz quantique. Pour créer une image, les chercheurs ont tiré des impulsions laser sur les atomes, résultant en une photoionisation. Cela a forcé les ions à rester en place pendant environ 30 nanosecondes. Pendant leur temps dans le treillis, les atomes interagissent entre eux, résultant en l'accumulation de corrélations à plusieurs corps. Les ions ont ensuite été libérés dans le microscope, où les images ont été faites.
Les tests du microscope ont montré qu'il était capable de capturer des caractéristiques de 6,79 μm à 0,52 m avec un espacement de 532 nm entre elles, suffisamment pour permettre la création d'images d'atomes individuels. Il s'est également avéré qu'il avait un champ de profondeur de 70 μm, suffisamment grand pour créer des images 3D.
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