Трехмерные положения атомов, точно отображенные с помощью квантовой микроскопии: ScienceAlert

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 преимущества более высокого разрешения. Количественная газовая микроскопия Установка, ловля Атомы ультрахолодного газа заключены в клетки света, а их свойства измеряются с помощью так называемой квантовой газовой микроскопии.

Хотя ученые и раньше рисовали диаграммы атомов в трех пространственных измерениях, современные методы требуют многократной экспозиции изображений. Не хватает высокого разрешения Квантовая газовая микроскопия. Теперь это можно сделать еще быстрее: все три измерения измеряются в мгновение ока.

Предыдущие применения квантовой газовой микроскопии давали описания расположения атомов на плоских плоскостях, предоставляя исследователям координаты X и Y пар атомов.

Искажая свет, излучаемый атомами, исследователи теперь добавили вертикальное Z-образное положение, которое описывает высоту атома.

«Вместо типичных круглых пятен искаженный волновой фронт создает на камере форму гантели, которая вращается». Он говорит Квантовый физик Андреа Альберти из Боннского университета.

«Направление, на которое указывает эта гантель, зависит от расстояния, которое свет должен пройти от атома до камеры».

Вычислив 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, которые требуют точности и контроля.

«Таким образом, гантель действует как стрелка компаса, позволяя нам считывать координаты Z в соответствии с их ориентацией». Он говорит Квантовый физик Дитер Мешеде из Боннского университета.

Команда уверена, что разработанная ими методика может быть усовершенствована в будущем и адаптирована для работы в различных условиях, помимо квантовой газовой микроскопии.

Кроме того, с помощью этого подхода может оказаться возможным разработать новые квантовые материалы, материалы, которые изготавливаются по индивидуальному заказу для достижения конкретных результатов. Мы еще многого не знаем о Вселенной в мельчайших масштабах, но это должно помочь.

«Например, мы можем исследовать квантово-механические эффекты, которые возникают, когда атомы располагаются в определенном порядке». Он говорит Квантовый физик Кэрри Уайденер из Бристольского университета.

«Это позволит нам в некоторой степени моделировать свойства 3D-материалов без необходимости их текстурирования».

Исследование было опубликовано в Физический обзор а.