Трехмерное положение атомов, точно нанесенное на карту с помощью квантового микроскопа
Впервые ученые измерили положения отдельных атомов в трехмерном пространстве на одном изображении, открыв новый способ наблюдения квантовых взаимодействий в материалах.
Новый подход, разработанный исследователями из Боннского университета в Германии и Бристольского университета в Великобритании, использует точную установку квантовой газовой микроскопии, улавливая атомы ультрахолодного газа внутри клетки света и измерение их характеристик с помощью так называемой квантовой газовой микроскопии.
Хотя ученые уже нанесли на карту атомы в трех пространственных измерениях, современные методы требуют многократной экспозиции изображений и не имеют высокого разрешения квантовых газовая микроскопия. Теперь это можно сделать гораздо быстрее: все три измерения измеряются одним щелчком.
Предыдущие применения квантовой газовой микроскопии позволяли описывать расположение атомов на плоских плоскостях, предоставляя исследователям координаты X и Y пар атомов. p>
Деформируя свет, излучаемый атомами, исследователи теперь добавили вертикальное положение Z, которое описывает, насколько высоко расположен атом.
«Вместо типичных круглых пятнышек, деформированный волновой фронт создает на камере форму гантели, которая вращается вокруг себя», — говорит квантовый физик Андреа Альберти из Боннского университета.
«Направление, в котором указывает эта гантель, зависит от расстояния, на котором находится свет должен был пройти от атома до камеры».
Рассчитав это расстояние с помощью умных математических вычислений, примененных к форме «гантели», можно измерить расположение атомов вдоль оси Z. Это новое открытие дает исследователям более точные инструменты для квантовых экспериментов, где необходимы точность и контроль.
«Таким образом, гантель действует как стрелка компаса, позволяя нам считывать координату Z в соответствии с ее ориентацией. », — говорит квантовый физик Дитер Мешеде из Боннского университета.
Команда уверена, что разработанная ими методика может быть усовершенствована в будущем и что ее можно адаптировать для работы в различных установках. за пределами квантовой газовой микроскопии.
Более того, с помощью этого подхода можно будет разрабатывать новые квантовые материалы, материалы, изготавливаемые по индивидуальному заказу и позволяющие достичь конкретных результатов. Мы еще многого не знаем о Вселенной в самых маленьких масштабах, но это должно помочь.
«Например, мы могли бы исследовать, какие квантово-механические эффекты возникают, когда атомы располагаются в определенном порядке, «, — говорит квантовый физик Кэрри Вейднер из Бристольского университета.
«Это позволит нам в некоторой степени моделировать свойства трехмерных материалов без необходимости их синтеза».
Исследование опубликовано в журнале Physical Review A.
