Des physiciens ont développé une technique basée sur la microscopie optique qui peut être utilisée pour créer des images d'atomes à l'échelle nanométrique. En particulier, la nouvelle méthode permet l'imagerie de points quantiques dans une puce semi-conductrice. Avec des collègues de l'Université de Bochum, des scientifiques de l'Université de Bâle ont rapporté les résultats dans le journal Photonique de la nature .

Les microscopes optiques conventionnels ne peuvent pas être utilisés pour imager des molécules et des atomes individuels, qui ne mesurent que des fractions de nanomètre de diamètre. Cela a à voir avec la nature ondulatoire de la lumière et les lois physiques associées. Selon ces lois, la résolution maximale d'un microscope est égale à la moitié de la longueur d'onde de la lumière utilisée. Par exemple, si vous utilisez de la lumière verte avec une longueur d'onde de 500 nanomètres, un microscope optique peut, au mieux, distinguer des objets à une distance de 250 nanomètres.

Dans les années récentes, cependant, les scientifiques ont contourné cette limite de résolution pour générer des images de structures mesurant seulement quelques nanomètres de diamètre. Faire cela, ils ont utilisé des lasers de différentes longueurs d'onde pour déclencher la fluorescence dans les molécules d'une partie de la substance tout en la supprimant dans les zones environnantes. Cela leur permet d'imager des structures telles que des molécules de colorant, qui ne mesurent que quelques nanomètres. Le développement de cette méthode, l'appauvrissement par émission stimulée (STED) lui a valu le prix Nobel de chimie 2014.

Timo Kaldewey, du Département de physique de l'Université de Bâle et de l'Institut suisse des nanosciences, a maintenant travaillé avec des collègues de la Ruhr-University Bochum (Allemagne) pour développer une technique similaire qui permet l'imagerie d'objets à l'échelle nanométrique, en particulier un système de mécanique quantique à deux niveaux. Les physiciens ont étudié ce qu'on appelle les points quantiques, atomes artificiels dans un semi-conducteur, que la nouvelle méthode a pu imager sous forme de points lumineux. Les scientifiques ont excité les atomes avec un laser pulsé, qui change de couleur à chaque impulsion. Par conséquent, la fluorescence de l'atome est allumée et éteinte.

Alors que la méthode STED ne fonctionne qu'en occupant au moins quatre niveaux d'énergie en réponse à l'excitation laser, la nouvelle méthode de Bâle fonctionne également avec des atomes qui n'ont que deux états d'énergie. Les systèmes à deux états de ce type constituent des systèmes modèles importants pour la mécanique quantique. Contrairement à la microscopie STED, la nouvelle méthode ne dégage pas non plus de chaleur. "C'est un énorme avantage, car toute chaleur dégagée peut détruire les molécules que vous examinez, " explique Richard Warburton. " Notre nanoscope convient à tous les objets à deux niveaux d'énergie, comme de vrais atomes, molécules froides, points quantiques, ou des centres de couleur."