使用量子显微镜精确绘制原子的 3D 位置

科学家们首次在一张图像中测量了3D空间中单个原子的位置，开辟了一种观察材料中量子相互作用的新方法。

由德国波恩大学和英国布里斯托尔大学的研究人员开发的新方法利用了精确的量子气体显微镜设置、诱捕在光笼内的超冷气体原子，并在所谓的量子气体显微镜中测量它们的特性。

虽然科学家之前已经绘制了三个空间维度的原子图，但目前的方法需要多次图像曝光和缺乏高分辨率量子气体显微镜。现在，它可以更快地完成，一次测量所有三个维度。

量子气体显微镜的先前应用提供了平面上原子排列的描述，为研究人员提供了原子对的X和Y坐标。

通过使原子发出的光变形，研究人员现在增加了一个垂直的Z位置，描述了原子的“向上”位置。

“变形的波前不是典型的圆形斑点，而是在相机上产生一个哑铃形状，围绕自身旋转，”说来自波恩大学的量子物理学家安德里亚·阿尔贝蒂（Andrea Alberti）。

“这个哑铃指向的方向取决于光从原子到相机的传播距离。

通过应用于“哑铃”形状的一些巧妙数学计算该距离，可以测量原子沿 Z 轴的位置。这一新见解为研究人员提供了更敏锐的工具量子实验需要精度和控制的地方。

“因此，哑铃的作用有点像指南针上的针，允许我们根据其方向读取Z坐标，”说波恩大学的量子物理学家Dieter Meschede。

该团队相信，他们开发的技术在未来可以进一步改进，并且可以适应量子气体显微镜以外的不同设置。

更重要的是，用这种方法有可能开发新的量子材料，这些材料是按订单定制的，并达到特定的结果。关于宇宙，我们还有很多不了解的地方在最小的尺度上，但这应该会有所帮助。

“例如，我们可以研究当原子按一定顺序排列时会发生哪些量子力学效应，”说来自布里斯托尔大学的量子物理学家Carrie Weidner。

“这将使我们能够在某种程度上模拟三维材料的特性，而不必合成它们。

该研究已发表在体检 A.

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