Группа исследователей из университета Штутгарта разработала новый ионно-оптический микроскоп, который за счет использования квантовых эффектов способен создавать изображения отдельных атомов. Отметим, что за последние годы ученые создали множество вариантов так называемых газовых квантовых микроскопов, но их разрешающая способность позволяет рассматривать объекты, величиной около 0.5 микрометра. Это достаточно для того, чтобы иметь возможность рассмотреть обособленные группы атомов и теперь немецкие исследователи раздвинули границу человеческого визуального восприятия до уровня отдельных атомов.

Ключевым компонентом нового микроскопа является так называемая электростатическая линза, через которую и на поверхности которой могут передвигаться заряженные частицы, такие, как электроны и ионы. Электростатические линзы работают подобно обычным линзам, используемым в обычных камерах и камерах телефонов. Но если обычные линзы преломляют и фокусируют свет за счет кривизны своей поверхности, то электростатические линзы делают все то же самое при помощи «облаков» ионов, движущихся по их поверхности. Более того, оптические параметры электростатических линз очень легко изменять, изменяя прикладываемый к ним электрический потенциал и, следовательно, силу электрического поля.

В новом микроскопе ученые использовали «пакет» из трех электростатических линз разного типа и устройство, обеспечивавшего передачу на поверхность этих линз только ионов какого-то одного определенного типа. Кроме этого, в конструкции микроскопа имеется специальная ловушка, в которой удерживаются атомы, которые являются объектами съемки.

В своих экспериментах ученые использовали охлажденные до ультранизких температур атомы рубидия, удерживаемые в ячейках оптической решетки. Собственно съемка производилась путем подачи импульсов лазерного света, что привело к фотоионизации атомов, превратившихся в ионы рубидия. За счет некоторых эффектов эти ионы оставались практически неподвижными на своих местах в течение 30 наносекунд, запутываясь на квантовом уровне со все большим количеством расположенных неподалеку ионов. И после этого они были выпущены в рабочее пространство микроскопа, где и была произведена съемка.

Тестирование возможностей нового микроскопа показало, что при его помощи можно увидеть отдельные элементы, размерами от 6.79 до 0.52 микрометра с 532-нанометровыми интервалами между ними, что делает вполне возможным получение изображений отдельных атомов. А величина глубины создаваемого изображения составляет 70 микрометров, чего хватает для создания реальных трехмерных изображений.