Metode baru mengukur posisi 3D

Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:

OKE! Dalam praktiknya, tampilannya seperti ini: Arah rotasi yang berbeda dari “halter” yang berbeda menunjukkan bahwa atom-atom terletak pada bidang yang berbeda. Kredit: Review Fisik A (2024). DOI: 10.1103/PhysRevA.109.033304

× tutup

Dalam praktiknya, tampilannya seperti ini: Arah rotasi yang berbeda dari “halter” yang berbeda menunjukkan bahwa atom-atom terletak pada bidang yang berbeda. Kredit: Review Fisik A (2024). DOI: 10.1103/PhysRevA.109.033304

Selama lebih dari sepuluh tahun, fisikawan telah mampu mengukur secara tepat posisi masing-masing atom dengan akurasi kurang dari seperseribu milimeter menggunakan mikroskop jenis khusus. Namun sejauh ini metode ini hanya menyediakan koordinat x dan y. Informasi tentang posisi vertikal atom tidak ada.

Kini telah dikembangkan metode baru yang dapat menentukan ketiga koordinat spasial suatu atom menggunakan satu gambar. Metode ini – yang dikembangkan oleh Universitas Bonn dan Universitas Bristol – didasarkan pada prinsip fisika yang cerdik. Studi ini dipublikasikan di jurnal Physical Review A.

Siapa pun yang pernah menggunakan mikroskop untuk mempelajari sel tumbuhan di kelas biologi mungkin dapat mengingat situasi serupa. Sangat mudah untuk melihat bahwa kloroplas tertentu terletak di atas nukleus dan di sebelah kanan nukleus.

Namun apakah keduanya berada pada bidang yang sama? Namun, begitu Anda memfokuskan mikroskop, Anda akan melihat bahwa bayangan inti menjadi lebih tajam, sedangkan bayangan kloroplas menjadi kabur. Salah satunya harus sedikit lebih tinggi dan yang satu sedikit lebih rendah dari yang lain. Namun, metode ini tidak dapat memberikan kita rincian yang tepat mengenai posisi vertikalnya.

Prinsipnya sangat mirip jika Anda ingin mengamati atom individu, bukan sel. Apa yang disebut mikroskop gas kuantum dapat digunakan untuk tujuan ini. Ini memungkinkan Anda untuk secara langsung menentukan koordinat xy suatu atom. Namun, jauh lebih sulit untuk mengukur koordinat z-nya, yaitu jarak ke lensa objektif: Untuk mengetahui di bidang mana atom berada, perlu mengambil beberapa gambar yang fokusnya dialihkan melalui berbagai pesawat yang berbeda. .

Ini adalah proses yang rumit dan memakan waktu.

Mengubah titik bulat menjadi dumbel

“Kami kini telah mengembangkan metode yang memungkinkan proses ini diselesaikan dalam satu langkah,” jelas Tangi Legrand dari Institute of Applied Physics (IAP) di Universitas Bonn. “Untuk mencapai hal ini, kami menggunakan efek yang telah dikenal secara teoritis sejak tahun 1990an, namun belum digunakan dalam mikroskop gas kuantum.”

Untuk melakukan percobaan pada atom, pertama-tama atom harus didinginkan secara signifikan agar atom hampir tidak bergerak. Selanjutnya, dimungkinkan, misalnya, untuk menangkapnya dalam gelombang berdiri sinar laser. Mereka kemudian meluncur ke dalam palung wol, seperti telur yang berada di dalam kotak telur.

Setelah terjebak untuk mengungkapkan lokasinya, mereka terkena sinar laser tambahan yang menstimulasi mereka untuk memancarkan cahaya. Fluoresensi yang dihasilkan tampak pada mikroskop gas kuantum sebagai titik bulat yang agak kabur.

“Kami kini telah mengembangkan metode khusus untuk mengubah bentuk muka gelombang cahaya yang dipancarkan atom,” jelas Dr. Andrea Alberti. Peneliti, yang kini pindah dari IAP ke Max Planck Institute of Quantum Optics di Garching, juga berpartisipasi dalam penelitian ini.

“Alih-alih titik bulat pada umumnya, muka gelombang yang berubah bentuk pada kamera menciptakan bentuk barbel yang berputar mengelilingi dirinya sendiri. Arah titik barbel bergantung pada jarak yang harus ditempuh cahaya dari atom ke kamera.”

“Halter bekerja seperti jarum pada kompas, yang memungkinkan kita membaca koordinat sesuai orientasinya,” kata Prof. Dr. Dieter Meschede. Peneliti IAP yang kelompok penelitiannya melakukan penelitian ini juga merupakan anggota bidang penelitian transdisipliner “Materi” di Universitas Bonn.

Informasi lebih lanjut:
Tangi Legrand dkk, Pencitraan tiga dimensi atom tunggal dalam kisi optik menggunakan rekayasa penyebaran titik heliks, Physical Review A (2024). DOI: 10.1103/PhysRevA.109.033304. Di arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2312.05341