Mikroskopie Forscher aus Bochum und Basel erreichen Auflösung von 30 Nanometern
Mit Quantenschaltern konnten die Physiker die bisherige Auflösungsgrenze austricksen.
Objekte, die kleiner sind als die halbe Wellenlänge des genutzten Lichts, lassen sich mit der herkömmlichen Lichtmikrospie nicht betrachten. Ein Forscherteam der RUB und der Universität Basel hat es nun geschafft, die Auflösung für die mikroskopische Untersuchung von Festkörpern auf ein Einundreißigstel der Wellenlänge des genutzten Lichts zu vergrößern. Dazu nutzten die Forscher Quantenpunkte, die sie in Festkörper einbetteten. Mithilfe bestimmter Laserpulse lassen sich die darin enthaltenen Elektronen schalten. Über die Ergebnisse berichtet das Journal „Nature Photonics“ am 22. Januar 2018.
Nobelpreis für das Unterlaufen der Auflösungsgrenze
Der Göttinger Forscher Stefan Hell konnte die sogenannte Abbesche Auflösungsgrenze als Erster unterlaufen und wurde dafür 2014 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Er nutzte mehrere Laserpulse verschiedener Form und fluoreszierende Farbstoffmoleküle, die gezielt an- und ausgeschaltet werden können. Das machte es möglich, Objektdetails von biologischen Proben zehnfach besser aufzulösen.
Dem Bochumer und Baseler Forscherteam ist es nun gelungen, dieses Prinzip auf ein Festkörpersystem mit künstlichen Atomen, sogenannten Quantenpunkten, zu übertragen. Quantenpunkte sind nur rund zehn Nanometer kleine Inseln in Halbleitern, in die sich einzelne Elektronen einsperren lassen. Diese Elektronen können wegen der kleinen Größe nur bestimmte Energieniveaus einnehmen – ähnlich wie in Atomen, in denen Elektronen bestimmte Schalen besetzen.
Zwitschernder Laser
Die Forscher nutzten sogenannte gechirpte Laserpulse, also kurze Pulse, die in der Frequenz geändert werden, analog zum Zwitschern von Vögeln. Damit konnten sie eine sogenannte adiabatische Passage initiieren, bei der die Elektronen in den Quantenpunkten das Energieniveau kontrolliert wechselten. Somit hatten sie einen Kontrollschalter auf Quantenebene. Die erreichte Auflösung entsprach einem Einundreißigstel der Wellenlänge des benutzten Lichtes.
Nebenbei ist der neu entwickelte Schalter eben das: ein Kontrollelement auf Quantenebene und damit ein wichtiger Meilenstein, um künstliche Atome als Quanteninformationseinheiten nutzen zu können.
