فیزیکدانان بیش از یک دهه است که می‌توانند مکان اتم‌های منفرد را با دقتی کمتر از یک هزارم می‌لی‌متر با استفاده از نوع خاصی از می‌کروسکوپ اندازه‌گیری کنند. با این حال، این روش تا کنون تنها مختصات و را فراهم می‌کرد و اطلاعاتی درباره موقعیت عمودی اتم در دسترس نبود.
اکنون روش جدیدی توسعه یافته که قادر است هر سه مختصات فضایی یک اتم را با یک عکس واحد تعیین نماید. نتایج این پژوهش که توسط دانشگاه بن و دانشگاه بریستول انجام شده، در مجله منتشر شده است.
برای مشاهده اتم‌های منفرد می‌توان از می‌کروسکوپ گاز کوانتومی بهره گرفت. این دستگاه امکان تعیین مستقیم مختصات و یک اتم را می‌دهد. با این حال، اندازه‌گیری مختصات، یعنی فاصله تا عدسی شیء، بسیار دشوار‌تر است برای درک اینکه اتم در کدام صفحه قرار دارد، باید چندین عکس با فوکوس‌های مختلف گرفته شود که فرآیندی پیچیده و زمان‌بر است.
تانگی لگراند از مؤسسه فیزیک کاربردی (IAP) در دانشگاه بن توضیح می‌دهد ما اکنون روشی را توسعه داده‌ایم که در آن این فرآیند در یک مرحله قابل انجام است. برای دستیابی به این هدف، از اثری استفاده کرده‌ایم که از دهه ۱۹۹۰ در تئوری شناخته شده بود، اما تا به حال در می‌کروسکوپ گاز کوانتومی به کار نگرفته شده بود.
برای آزمایش بر روی اتم‌ها، ابتدا لازم است آن‌ها به شدت خنک شوند تا به سختی حرکت کنند. سپس می‌توان آن‌ها را در یک موج ایستای نور لیزر دام گرفت. اتم‌ها در فرورفتگی‌های موج قرار می‌گیرند، همانند تخم‌مرغ‌ها در جعبه. پس از دام‌گیری، برای نشان دادن موقعیت خود، در معرض تابش یک پرتو لیزر اضافی قرار می‌گیرند که آن‌ها را تحریک می‌کند تا نور گسیل نمایند. فلورسانس حاصل در می‌کروسکوپ گاز کوانتومی به صورت یک لکه گرد و مقداری تار نمایان می‌شود.
دکتر آندریا آلبرتی توضیح می‌دهد ما اکنون روشی اختصاصی برای تبدیل شکل جبهه موج نوری که از اتم گسیل می‌شود، ابداع کرده‌ایم. به جای لکه‌های گرد معمولی، جبهه موج تبدیل‌شده یک شکل دمبلی روی دوربین ایجاد می‌کند که به دور خود می‌چرخد. جهتی که این دمبل در آن قرار می‌گیرد، بستگی به فاصله‌ای دارد که نور باید از اتم تا دوربین طی کند. دکتر دیتر مشده می‌گوید به این دلیل دمبل همانند سوزن قطب‌نما عمل می‌کند و به ما امکان می‌دهد مختصات را مطابق جهت آن بخوانیم.
به نقل از معاونت علمی ریاست‌جمهوری، روش تازه امکان تعیین دقیق موقعیت یک اتم در سه‌بعد را با یک عکس واحد فراهم می‌کند. برای مثال، اگر بخواهیم آزمایش‌های مکانیک کوانتومی را با اتم‌ها انجام دهیم، این امر حیاتی است، زیرا اغلب الزامی است که بتوان موقعیت آن‌ها را به دقت کنترل یا ردیابی کرد. علاوه بر این، این روش می‌تواند برای توسعه مواد کوانتومی جدید با ویژگی‌های خاص مورد استفاده قرار گیرد.
دکتر کری وایدنر از دانشگاه بریستول توضیح می‌دهد برای مثال، ما می‌توانیم مشاهده کنیم که وقتی اتم‌ها در نظم خاصی چیده می‌شوند، کدام اثرات مکانیک کوانتومی رخ می‌دهد. این امر به ما امکان می‌دهد تا حد زیادی خواص مواد سه‌بعدی را بدون نیاز به سنتز آن‌ها شبیه‌سازی کنیم.
