斯圖加特大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種基于離子光學(xué)的量子顯微鏡，能夠創(chuàng)建單個(gè)原子的圖像。在發(fā)表于《Physical Review Letters》 雜志上的論文中，研究小組詳細(xì)論述了制作流程和工作情況。

多年來，科學(xué)家們一直在推動(dòng)顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，以至于現(xiàn)在的量子氣體顯微鏡可以看到0.5μm大小的物體。它足夠小，可以觀察原子群。在這項(xiàng)新的努力中，研究人員創(chuàng)造了一種可以為單個(gè)原子成像的顯微鏡，從而將研究范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

該團(tuán)隊(duì)將三個(gè)靜電透鏡放在一起，并添加了一個(gè)能夠挑出單個(gè)離子的離子檢測器。靜電透鏡是一種可以用來傳輸電子等帶電粒子的設(shè)備，其工作方式與標(biāo)準(zhǔn)手持相機(jī)或智能手機(jī)中使用的鏡頭非常相似。但是靜電透鏡不是用彎曲的表面聚焦光，而是在電場中引導(dǎo)離子的路徑。

原子被限制在一維光學(xué)晶格中（圖像的底部），然后用光脈沖照射，該脈沖使原子電離（綠球）。短暫的延遲后，電離的原子被轉(zhuǎn)移到離子光學(xué)系統(tǒng)中，在此用靜電透鏡（紅色矩形）對其進(jìn)行操作，并用離子檢測器成像（圖像頂部）。箭頭指示離子通過顯微鏡的傳播方向。

為了測試，他們添加了超冷的銣原子，并以類似量子氣體顯微鏡的方式將它們保持在晶格中。為了創(chuàng)造圖像，研究人員向原子發(fā)射激光脈沖，導(dǎo)致光電離。這迫使離子停留在原位大約 30 納秒。在晶格中，原子相互作用，導(dǎo)致多體關(guān)聯(lián)的建立。然后，離子被釋放到顯微鏡中，在那里形成圖像。

測試表明，它能夠捕捉尺寸在 6.79 μ m 至 0.52 μ m ( 1 μ m=1/1000mm ) 的特征，間距為 532 納米，足以創(chuàng)建單個(gè)原子的圖像。此外，該量子顯微鏡的景深為 70 μ m，足以產(chǎn)生三維圖像。

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