來(lái)自美國(guó)俄亥俄大學(xué)、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家，首次拍攝到了單原子X射線信號(hào)，據(jù)此分析出元素種類和原子的化學(xué)狀態(tài)，這一成果有望為材料檢測(cè)技術(shù)帶來(lái)革新。相關(guān)研究2023年5月31日刊登于《自然》。

  從醫(yī)學(xué)檢查到機(jī)場(chǎng)安全檢查，自從德國(guó)物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)X射線以來(lái)，其已被廣泛應(yīng)用，甚至美國(guó)“好奇號(hào)”火星探測(cè)器也配備了X射線設(shè)備，用來(lái)檢查火星巖石的物質(zhì)組成。

  X射線在科學(xué)上的一個(gè)重要用途是鑒定樣品的材料類型。多年來(lái)，由于同步加速器X射線源和新儀器的發(fā)展，X射線檢測(cè)需要的樣品材料數(shù)量已大大減少。迄今為止，一個(gè)樣品用X射線照射的最小量為微微微克，相當(dāng)于1萬(wàn)個(gè)左右的原子。這是因?yàn)樵赢a(chǎn)生的X射線信號(hào)極其微弱，以至于傳統(tǒng)的X射線探測(cè)器很難探測(cè)到它們。科學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)的夢(mèng)想就是對(duì)1個(gè)原子進(jìn)行X射線探測(cè)。現(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了這一夢(mèng)想。

  研究小組選擇了1個(gè)鐵原子和1個(gè)鋱?jiān)樱鼈兌急徊迦敫髯缘姆肿又小榱藱z測(cè)1個(gè)原子的X射線信號(hào)，研究小組在傳統(tǒng)X射線探測(cè)器的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了一個(gè)專門的探測(cè)器，后者由位于樣品附近的尖銳金屬端制成，用來(lái)收集X射線激發(fā)的電子——這種技術(shù)被稱為同步加速器X射線掃描隧道顯微鏡（SX-STM）。SX-STM中的X射線光譜是由核心能級(jí)電子的光吸收觸發(fā)的，它構(gòu)成了元素指紋，可以直接有效識(shí)別樣品的元素類型。這些光譜就像指紋一樣，每一個(gè)都是獨(dú)一無(wú)二的，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出樣品是什么。

  研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，這項(xiàng)突破將為X射線和納米科學(xué)領(lǐng)域開辟新天地。使用X射線檢測(cè)和表征單個(gè)原子可能會(huì)催生量子信息、環(huán)境和醫(yī)學(xué)研究微量元素檢測(cè)等領(lǐng)域的新技術(shù)，同時(shí)也為研發(fā)先進(jìn)的材料科學(xué)儀器開辟了道路。■