Атомные лазеры могут вскоре произвести революцию в микроскопии

Германским физикам под руководством Иммануэля Блоха (Immanuel Bloch) из Университета Людвига-Максимилианса в Мюнхене удалось сделать важный шаг к созданию атомного микроскопа - нового прибора для изучения микро- и нанообъектов. Принцип действия атомного микроскопа основывается на направлении на изучаемый образец пучка атомов, которые могут, проявляя волновые свойства, интерферировать и формировать изображение.

Пучки атомов, применяемые в таких микроскопах, получили название "атомных лазеров", поскольку, как и в случае оптических лазеров, образующие пучок электромагнитные волны являются когерентными. Основным достижением Блоха и сотрудников является создание магнитных аналогов оптических устройств: линз и зеркал, способных с высокой точностью фокусировать атомный пучок. Его в этом случае получают из так называемого "конденсата Бозе-Эйнштейна" - облака атомов, охлаждаемого до тех пор, пока в действие не вступят квантово-механические эффекты и не сделают волновой пучок когерентным. Для удержания облака используется магнитное поле.

Затем атомный пучок, как уже говорилось, направляется на исследуемый объект, а после этого сохраняется в ловушке, состоящей из двух магнитов, играющих в атомном микросокпе роль зеркал. Затем этом пучок, содержащий информацию об изученном объекте, можно "выпустить" и направить на устройство формирования изображения.

Во всех опытах учеными использовались атомы рубидия-87. Атомный микроскоп имеет некоторые преимущества перед широко используемыми сейчас электронными. Среди основных достоинств следует отметить бОльшую разрешающую способность при использовании атомов с длиной волны, меньшей, чем у электрона, и меньшую энергию пучка (это позволяет избежать "сжигания" некоторых образцов, таких как биологические молекулы).

На рис. атомные пучки шириной 7 мкм и 70 мкм. Изображение получено И. Блохом и сотр.

Источник новости: Nature