La nouvelle méthode, développée par une équipe de physiciens de l’Université de Bonn et de l’Université de Bristol, permet de déterminer précisément la position d’un atome en 3D avec une seule image et repose sur un principe physique ingénieux.
Les différents sens de rotation des différents « haltères » indiquent que les atomes se trouvent dans des plans différents. Crédit image : Institut de physique appliquée, Université de Bonn.
“Quiconque a utilisé un microscope dans un cours de biologie pour étudier une cellule végétale se souviendra probablement d’une situation similaire”, ont déclaré le Dr Tangi Legrand de l’Université de Bonn et ses collègues.
« Il est facile de dire qu’un certain chloroplaste est situé au-dessus et à droite du noyau. Mais sont-ils tous les deux situés sur le même plan ?
“Une fois que vous ajustez la mise au point du microscope, vous constatez que l’image du noyau devient plus nette tandis que l’image du chloroplaste devient floue.”
« L’un d’eux doit être un peu plus haut et l’autre un peu plus bas que l’autre. Cependant, cette méthode ne peut pas nous donner de détails précis sur leurs positions verticales.
« Le principe est très similaire si l’on souhaite observer des atomes individuels plutôt que des cellules. La microscopie dite quantique des gaz peut être utilisée à cette fin.
“Cela vous permet de déterminer facilement les coordonnées x et y d’un atome.”
« Cependant, il est beaucoup plus difficile de mesurer sa coordonnée z, c’est-à-dire la distance à l’objectif : pour savoir sur quel plan se trouve l’atome, il faut prendre plusieurs images dans lesquelles la mise au point est décalée sur différents niveaux. Avions. Il s’agit d’un processus complexe et long.
« Nous avons maintenant développé une méthode permettant de réaliser ce processus en une seule étape », a déclaré le Dr Legrand.
« Pour y parvenir, nous utilisons un effet déjà connu en théorie depuis les années 1990 mais qui n’avait pas encore été utilisé dans un microscope quantique à gaz. »
Pour expérimenter avec les atomes, il faut d’abord les refroidir considérablement afin qu’ils bougent à peine.
Il est ensuite possible, par exemple, de les piéger dans une onde stationnaire de lumière laser.
Ils glissent ensuite dans les creux de la vague, de la même manière que les œufs reposent dans une boîte à œufs.
Une fois piégés, pour révéler leur position, ils sont exposés à un faisceau laser supplémentaire, qui les stimule à émettre de la lumière.
La fluorescence qui en résulte apparaît dans le microscope à gaz quantique sous la forme d’un point rond légèrement flou.
“Nous avons maintenant développé une méthode spéciale pour déformer le front d’onde de la lumière émise par l’atome”, a déclaré le Dr Andrea Alberti, également de l’Université de Bonn.
“Au lieu des taches rondes typiques, le front d’onde déformé produit sur la caméra une forme d’haltère qui tourne sur elle-même.”
“La direction dans laquelle pointe cet haltère dépend de la distance que la lumière a dû parcourir de l’atome à la caméra.”
“L’haltère agit ainsi un peu comme l’aiguille d’une boussole, nous permettant de lire la coordonnée z en fonction de son orientation”, a déclaré le professeur Dieter Meschede de l’université de Bonn.
La nouvelle méthode pourrait être utilisée pour contribuer au développement de nouveaux matériaux quantiques dotés de caractéristiques particulières.
“Par exemple, nous pourrions étudier quels effets de la mécanique quantique se produisent lorsque les atomes sont disposés dans un certain ordre”, a déclaré le Dr Carrie Weidner, physicienne à l’Université de Bristol.
“Cela nous permettrait de simuler dans une certaine mesure les propriétés des matériaux tridimensionnels sans avoir à les synthétiser.”
Les équipes travail a été publié dans la revue Examen physique A.
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Tangi Legrand et autres. 2024. Imagerie tridimensionnelle d’atomes uniques dans un réseau optique via l’ingénierie de fonctions d’étalement de points hélicoïdaux. Phys. Rév. A 109 (3) : 033304 ; est ce que je: 10.1103/PhysRevA.109.033304
2024-03-06 01:59:27
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