基于离子光学的量子显微镜可创建单个原子的图像

斯图加特大学的研究人员开发了一种基于离子光学的量子显微镜，能够创建单个原子的图像。在发表于《Physical Review Letters》 杂志上的论文中，研究小组详细论述了制作流程和工作情况。

多年来，科学家们一直在推动显微镜技术的发展，以至于现在的量子气体显微镜可以看到0.5μm大小的物体。它足够小，可以观察原子群。在这项新的努力中，研究人员创造了一种可以为单个原子成像的显微镜，从而将研究范围进一步扩大。

该团队将三个静电透镜放在一起，并添加了一个能够挑出单个离子的离子检测器。静电透镜是一种可以用来传输电子等带电粒子的设备，其工作方式与标准手持相机或智能手机中使用的镜头非常相似。但是静电透镜不是用弯曲的表面聚焦光，而是在电场中引导离子的路径。

原子被限制在一维光学晶格中（图像的底部），然后用光脉冲照射，该脉冲使原子电离（绿球）。短暂的延迟后，电离的原子被转移到离子光学系统中，在此用静电透镜（红色矩形）对其进行操作，并用离子检测器成像（图像顶部）。箭头指示离子通过显微镜的传播方向。

为了测试，他们添加了超冷的铷原子，并以类似量子气体显微镜的方式将它们保持在晶格中。为了创造图像，研究人员向原子发射激光脉冲，导致光电离。这迫使离子停留在原位大约 30 纳秒。在晶格中，原子相互作用，导致多体关联的建立。然后，离子被释放到显微镜中，在那里形成图像。

测试表明，它能够捕捉尺寸在 6.79 μ m 至 0.52 μ m ( 1 μ m=1/1000mm ) 的特征，间距为 532 纳米，足以创建单个原子的图像。此外，该量子显微镜的景深为 70 μ m，足以产生三维图像。

原文链接：https://phys.org/news/2021-02-ion-optics-based-quantum-microscope-image-individual.html