Posições 3D de átomos mapeadas com precisão usando um microscópio quântico: WebCuriosos

Pela primeira vez, os cientistas mediram as posições de átomos individuais no espaço 3D numa única imagem, abrindo uma nova forma de observar interações quânticas em materiais.

A nova abordagem, desenvolvida por investigadores da Universidade de Bonn, na Alemanha, e da Universidade de Bristol, no Reino Unido, utiliza uma análise precisa microscopia quântica de gases configuração, captura átomos de um gás ultrafrio dentro de gaiolas de luz e medindo suas características no que é conhecido como microscopia quântica de gases.

Embora os cientistas já tenham mapeado átomos em três dimensões espaciais, os métodos atuais exigem múltiplas exposições de imagens e falta a alta resolução da microscopia quântica de gases. Agora isso pode ser feito muito mais rapidamente, com todas as três dimensões medidas em um único clique.

Aplicações anteriores da microscopia quântica de gases forneceram descrições de arranjos atômicos em planos planos, dando aos pesquisadores coordenadas X e Y de pares de átomos.

Ao deformar a luz emitida pelos átomos, os investigadores adicionaram agora uma posição Z vertical que descreve a que distância um átomo se encontra.

“Em vez das típicas manchas redondas, a frente de onda deformada produz um formato de haltere na câmera que gira em torno de si mesma,” diz a física quântica Andrea Alberti, da Universidade de Bonn.

“A direção para a qual este haltere aponta depende da distância que a luz teve que percorrer do átomo até a câmera.”

Ao calcular essa distância através de alguma matemática inteligente aplicada à forma do 'haltere', a localização dos átomos ao longo do eixo Z pode ser medida. Esta nova visão oferece aos pesquisadores ferramentas mais precisas para experimentos quânticos onde precisão e controle são necessários.

“O haltere age assim um pouco como a agulha de uma bússola, permitindo-nos ler a coordenada Z de acordo com a sua orientação,” diz o físico quântico Dieter Meschede, da Universidade de Bonn.

A equipe está confiante de que a técnica que desenvolveram pode ser melhorada ainda mais no futuro e que pode ser adaptada para funcionar em diferentes configurações além da microscopia quântica de gases.

Além do mais, pode ser possível desenvolver novos materiais quânticos com esta abordagem, materiais feitos sob medida e para alcançar resultados específicos. Ainda há muito que não sabemos sobre o Universo nas menores escalas, mas isso deve ajudar.

“Por exemplo, poderíamos investigar quais efeitos da mecânica quântica ocorrem quando os átomos são organizados em uma determinada ordem,” diz a física quântica Carrie Weidner, da Universidade de Bristol.

“Isso nos permitiria simular até certo ponto as propriedades dos materiais tridimensionais sem ter que sintetizá-los.”

A pesquisa foi publicada em Revisão Física A.