太好了！一种新的量子点显微镜可以精确地测量单个原子的电势。
所有的物质都是由正核和负电子组成的，会产生势场，即使在很短的距离内，也会相互重叠，相互补偿。传统方法不允许对这些小面积场进行定量测量，这些场在纳米尺度上确定许多材料的性质和功能。几乎所有可以对这种电势成像的现有方法都是基于对电荷引起的力的测量。然而，这些力很难与纳米尺度上发生的其他力区分开来，这阻碍了定量测量。然而，四年前，来自Forsonsiqin中心的科学家发现了一种基于完全不同原理的方法。
扫描量子点显微镜是将单个有机分子(量子点)附着在原子力显微镜的顶端，这个分子作为探针。这种分子非常小，我们可以以可控的方式将原子力显微镜顶部的单个电子附着到分子上。研究人员立即意识到这种方法的前景，并提交了专利申请。但实际应用还有很长的路要走。起初，这只是一个令人惊讶的效果，其适用性是有限的。现在一切都变了。我们不仅可以可视化单个原子和分子的电场，还可以精确地量化它们。通过与卢森堡合作伙伴的理论计算进行比较，这一点得到了证实。
此外，样品可以在大面积上成像，从而可以同时显示各种纳米结构，并且仅在一个小时内就可以获得详细的图像。研究人员花了数年时间研究这种方法，最终得出了一个连贯的理论。产生这些非常清晰的图像的原因是一种效应，这种效应使显微镜的尖端与样品保持相对较大的距离，大约为2到3纳米——这对于普通的原子力显微镜来说是不可想象的。在这种情况下，重要的是要知道一个样品中的所有元素都会产生影响量子点的电场，因此可以对其进行测量。显微镜的针尖就像一个保护罩，可以抑制样品远区的破坏性磁场。
因此屏蔽电场的影响呈指数级下降，量子点只探测周围的直接区域，因此分辨率远高于理想点探测器。Julich的研究人员将测量完整样品表面的速度归功于马格德堡奥托·冯·格里克大学的一位合作伙伴。那里的工程师开发了一种控制器，帮助自动化扫描样本的复杂和重复序列。原子力显微镜的工作原理有点像录音机。针尖穿过样品，将表面的完整图像缝合在一起。但是，在扫描量子点显微镜的前期工作中，必须将其移动到样品上的单独位置。
测量一个光谱，移动到下一个位置，测量另一个光谱，等等，以便将这些测量结果组合成单个图像。通过马格德堡工程师的控制器，现在可以简单地扫描整个表面，就像使用普通的原子力显微镜一样。过去一个分子需要5-6个小时，但现在我们可以在一个小时内对包含数百个分子的样品区域进行成像。但也有一些不足，测量准备要花费大量的时间和精力。作为测量量子点，分子必须事先附着在针尖上，这只有在低温真空下才有可能。相比之下，普通的原子力显微镜也可以在室温下工作，无需真空或复杂的制备。
然而，太平洋第三研究所所长斯特凡？Stefan Tautz教授对此持乐观态度:这不必限制我们的选择。这种方法仍然是创新的，并对第一个项目感到兴奋，所以我们可以展示它真正能做什么。量子点显微镜有许多应用领域，半导体电子学正在推动原子可以改变其功能的场尺度的边界。静电相互作用在催化剂等其他功能材料中也起着重要的作用。生物分子的表征是另一种方式。由于针尖与样品之间的距离较大，这种方法也适用于粗糙表面，如DNA分子的表面，其具有独特的三维结构。