令人難以置信的科學進步：首次製造出單原子 X 射線

原子的 X 射線圖像

由阿貢國家實驗室、俄亥俄大學和伊利諾伊大學芝加哥分校的科學家領導的一項新研究僅使用 X 射線技術揭示了單個原子特性的令人震驚的圖片，它在大學新聞稿中寫道.

自從 1800 年代後期發現 X 射線以來，它們一直是許多領域的重要工具。它們穿透物質的能力使它們在醫學成像、材料研究、考古學和天體物理學中非常有用。 X 射線是一種能量非常高的短波長電磁輻射。

然而，傳統的 X 射線檢測技術依賴於 X 射線與樣品中許多原子的相互作用來生成可檢測信號。這是因為單個原子產生的信號微弱，難以與背景噪聲區分開來。

之前可進行 X 射線檢測的最小量的基準是 10,000 個原子，相比之下，這一結果具有革命性意義。它可能會徹底改變科學家和研究人員檢測材料的方式。

該團隊選擇了一個鐵原子和一個铽原子來拍攝單原子射線照片。

傳統的 X 射線探測器經過改進，使用尖銳的金屬尖端，結合同步加速器 X 射線掃描隧道顯微鏡 (SX-STEM)，主要用於納米級成像和材料表徵，以探測個體 X 射線激發的電子原子。

簡而言之，SX-STM 允許科學家使用 X 射線查看材料中的元素並了解它們的化學成分。這是通過激發（或激發）原子核中的電子而發生的。當這些電子吸收 X 射線並被激發時，它們會產生獨特的指紋。這種指紋稱為吸收光譜，可幫助科學家識別所研究材料中存在的元素類型。

研究小組發現，X 射線吸收光譜揭示了與鐵和铽原子相對應的獨特指紋。

該團隊還使用 X 射線隧道共振 (X-ERT) 來表徵原子的化學狀態。他們發現鐵原子的 X-ERT 占主導地位，揭示了有關原子反應性和相互作用的信息。

有趣的是，研究人員指出，只有當特定尖端靠近原子放置時，才能檢測到 X 射線信號。這證實了檢測是高度本地化的，並集中在感興趣的原子上，從而可以對原子的特性和行為進行詳細的表徵和分析。

“這一結果將同步加速器 X 射線與量子隧穿過程聯繫起來，以檢測單個原子的 X 射線特徵，並開闢了許多有趣的研究方向，包括使用同步加速器 X 研究單個原子的量子和自旋（磁）特性-射線，”首席研究員 Saw Wai Hla 教授在一份新聞稿中說。

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