Создан сканирующий микроскоп, использующий конденсат Бозе — Эйнштейна в качестве зонда

В лаборатории Тюбингенского университета Эберхарда и Карла (Германия) сконструирован сканирующий микроскоп, который использует бозе-эйнштейновский конденсат (БЭК) в качестве зонда. По утверждению разработчиков новой методики, она будет дополнять исследования на традиционных атомно-силовых микроскопах (АСМ), снабжённых кантилевером с иглой. В типовом эксперименте с АСМ кантилевер перемещается над поверхностью и взаимодействует с ней, отклоняясь в ту или иную сторону в зависимости от расстояния между иглой и образцом. Движения кантилевера контролируют с помощью лазера, и по результатам этих измерений составляется карта поверхности. В предложенном германскими учёными микроскопе место иглы и кантилевера занимает облако ультрахолодных атомов рубидия. Это облако помещается в трёхмерное магнитное поле (рубидий, напомним, относится к парамагнетикам) и движется вдоль поверхности образца, подобно зонду АСМ. Для снятия показаний также используется луч лазера, направленный на атомы: когда последние касаются поверхности, они получают дополнительную энергию и вырываются из облака, что приводит к снижению доли поглощаемого излучения. Отслеживая эти изменения, экспериментаторы собирают сведения о топографии образца.

Облако ультрахолодных атомов (жёлтое) поймано в магнитную ловушку и перемещается над поверхностью, выполняя функции измерительного зонда. (Иллюстрация из журнала Nature Nanotechnology.)

Установка была успешно опробована в опыте с отдельной углеродной нанотрубкой диаметром в несколько десятков нанометров (см. рис.), окружённой другими нанотрубками, который образуют прямоугольник. Измерения проводились описанным выше контактным способом, а также в динамическом режиме, где измеряемой величиной становится частота осцилляции центра масс облака. Кроме того, авторы исследовали поведение холодного атомарного газа в «классическом» случае и выяснили, что БЭК-облако даёт более точные результаты (отчасти потому, что облако в состоянии конденсата Бозе — Эйнштейна имеет меньшие размеры).

Поскольку новый микроскоп не различает детали поверхности, уступающие по размерам облаку атомов, разрешение методики находится в микрометровой области. Другими словами, выдавать изображения, сравнимые по качеству с результатами работы современного АСМ, она пока не может.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature Nanotechnology.