Cientistas da Universidade de Bonn, na Alemanha, e da Universidade de Bristol, no Reino Unido, conseguiram medir, pela primeira vez, a localização tridimensional de átomos individuais, sintetizando-os em uma imagem única. O novo método, descrito em artigo recente na Physical Review A, inaugura uma nova metodologia de observar interações quânticas em materiais.
Segundo os autores, sua técnica utiliza um sistema de microscopia quântica de gás, combinado com um modulador de luz espacial, para agrupar a propagação de pontos do sistema de imagem de alta resolução.
Com isso, foi possível expandir o método atual, em que as coordenadas x e y representam a posição do elétron em um plano bidimensional, acrescentando também a dimensão z, que mostra a posição vertical do átomo, ou seja, a distância entre a unidade básica de matéria a objetiva do microscópio.
Transformando manchas borradas de átomos em halteres
Esquema do sistema de imagem por fluorescência.Fonte: Tangi Legrand et al.
Para eliminar o efeito de imagem chapada dos telescópios convencionais, a equipe resfriou os átomos, até que congelassem. Depois os prenderam em uma onda estacionária de luz, deslizando-os até as depressões, "como ovos em uma caixa", diz um release. Presos para revelar sua posição, os átomos são então expostos a um feixe de laser que os estimula a emitir luz. Com isso, a fluorescência aparece como uma mancha redonda borrada.
O novo método deforma, então, "a frente de onda da luz emitida pelo átomo", explica o coautor Andrea Alberti, físico quântico da universidade alemã. "A frente de onda deformada produz um formato de haltere na câmera que gira em torno de si mesma. A direção para a qual esse haltere aponta depende da distância que a luz teve que percorrer do átomo até a câmera", ou seja, é a posição z.
Qual a utilidade de medir átomos em 3D?
Imagem tridimensional de átomos, acrescentando-se a posição z.Fonte: Tangi Legrand et al.
Conseguir determinar a posição precisa de um átomo em 3D com uma única imagem pode ser extremamente útil em experimentos de mecânica quântica com átomos, onde é fundamental rastrear a posição deles. Essa precisão é necessária para que essas partículas possam interagir da forma desejada pelos cientistas.
A equipe aposta em novas melhorias na técnica desenvolvida, de forma que, no futuro, possa ser adaptada para funcionar em outros formatos, além da microscopia quântica de gases. Dessa forma, novas possibilidades se abrem com a nova abordagem, como materiais quânticos feitos sob medida e insights inéditos sobre o Universo nas menores escalas.
Poder investigar que efeitos da mecânica quântica ocorrem quando os átomos são organizados em determinada ordem "nos permitiria simular até certo ponto as propriedades dos materiais tridimensionais sem ter que sintetizá-los", diz a coautora Carrie Weidner, física quântica da Bristol.
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