在美国俄亥俄大学物理学教授、阿贡国家实验室明升体育app家Saw Wai Hla的带领下，来自俄亥俄大学、阿贡国家实验室、美国伊利诺伊大学芝加哥分校和其他机构的明升体育app家组成的团队获得了世界上第一个单原子的X射线信号。这项由美国能源部基础能源明升体育app办公室资助的突破性的成就，可能会彻底改变明升体育app家探测材料的方式。5月31日，相关论文发表于《自然》，并在6月1日登上《自然》纸质版的封面。
自从1895年德国物理学家伦琴发现X射线以来，X射线已被广泛应用——从明升手机版检查到机场的安全检查，甚至美国宇航局的火星探测器“好奇号”，也配备了X射线设备来检查火星岩石的物质组成。X射线在明升体育app上的一个重要用途是鉴定样品中的材料类型。多年来，由于同步加速器X射线源和新仪器的发展，X射线检测需要的样品材料数量大大减少。到目前为止，一个样品能用X射线照射的最小量是微微微克，相当于1万个或更多的原子。这是由于原子产生的X射线信号极其微弱，以致于传统的X射线探测器无法探测到它。
Hla说，明升体育app家长期以来的梦想就是对一个原子进行X射线探测。现在，由他领导的研究团队正在实现这一梦想。
“用扫描探针显微镜可以对原子进行常规成像，但是没有X射线，人们就无法知道它们是由什么构成的。我们现在可以精确地检测出特定原子的类型，一次一个原子，并且可以同时测量它的明升手机状态。”Hla 解释道，“一旦我们能够做到这一点，就可以追踪这些材料到一个原子的极限。这将对环境和明升手机版明升体育app产生重大影响，甚至可能找到对人类产生巨大影响的治疗方法。这一发现将改变世界。”
研究小组选择了一个铁原子和一个铽原子，它们都被插入各自的分子宿主中。为了检测一个原子的X射线信号，研究小组在传统X射线探测器的基础上补充了一个专门的探测器，该探测器由位于样品附近的尖锐金属端制成，用来收集X射线激发的电子——这种技术被称为同步加速器X射线扫描隧道显微镜（SX-STM）。SX-STM中的X射线光谱是由核心能级电子的光吸收触发的，构成元素指纹，可以有效地直接识别样品的元素类型。
根据Hla的说法，这些光谱就像指纹一样，每一个都是独一无二的，能够准确地检测出样品是什么。
“这项研究中使用的技术和验证的概念，在X射线明升体育app和纳米尺度的研究中开辟了新领域。”论文第一作者Tolulope Michael Ajayi说，“更重要的是，使用X射线探测和表征单个原子可能会给研究带来革命性变化，并在量子信息、微量元素检测等领域催生新技术，同时也为先进的材料明升体育app仪器研发开辟了道路。”
过去12年里，Hla与阿贡国家实验室先进光源明升体育app家Volker Rose一起参与了SX-STM仪器及其测量方法的开发。
Hla的研究重点是纳米和量子明升体育app，特别强调在基本层面上理解材料的明升手机和物理性质——以单个原子为基础。除了获得单个原子的X射线特征外，该团队的主要目标是使用该技术研究环境对单个稀土原子的影响。
“我们也检测到了单个原子的明升手机状态。”Hla解释说，“通过比较分子宿主内铁原子和铽原子的明升手机状态，我们发现铽原子是一种相当孤立的稀土金属，当铁原子与其周围强烈相互作用时，铽的明升手机状态不会改变。”
许多稀土材料用于日常设备，如手机、电脑和电视，在创造和推进技术方面极其重要。通过这一发现，明升体育app家现在不仅可以确定元素的类型，还可以识别其明升手机状态，这将使他们能够更好地操纵不同材料宿主内的原子，以满足各个领域不断变化的需求。此外，他们还开发了一种名为X射线激发共振隧道（X-ERT）的新方法，使他们能够使用同步加速器X射线检测材料表面上单个分子的轨道方向。
相关论文信息：http://doi.org/10.1038/s41586-023-06011-w
版权声明：凡本网注明“来源：明升官网明升体育app报、明升手机版(明升官网)、明升体育app手机版杂志”的所有作品，网站转载，请在正文上方注明来源和作者，且不得对内容作实质性改动；微信公众号、明升头条号等新媒体平台，转载请联系授权。邮箱：shouquan@stimes.cn。