科研人員首次探測到單個原子的X射線信號

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美國科研人員首次探測到了單個原子在X射線作用下產生的信號，據此分析出元素種類和原子的化學狀態，這個成果可望為材料檢測技術帶來革新。

這項研究由美國俄亥俄大學、阿爾貢國家實驗室等機構進行，分別探測到了嵌在分子框架中的單個鐵原子和單個鋱原子的X射線信號。相關論文日前發表在英國《自然》雜志上。

X射線廣泛應用于醫療、環境、安全等領域的檢測，隨著技術進步，檢測所需材料樣本數量目前已經減少到1萬個原子的級別。但單個原子產生的X射線信號非常微弱，傳統手段難以探測，新方法將幫助大幅提高檢測精度。

這項研究使用的觀測手段稱為同步輻射X射線-掃描隧道顯微鏡(SX-STM)，結合了粒子加速器產生的高質量X射線源和能對單個原子進行觀察的掃描隧道顯微鏡技術。研究人員使用特制金屬探針，控制探針尖端停留在待檢測樣本上方約0.5納米處，用X射線照射樣本。樣本原子中靠近原子核的內層電子被X射線激發出來，通過量子隧穿效應“穿越”到探針尖端。

這些電子帶有獨特印記，分析它們產生的隧穿電流就可確定元素種類，還能檢測出原子的化學狀態。觀察顯示，鋱原子在分子里非常“孤僻”，鐵原子則與附近的原子發生強烈的相互作用。