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| 科學(xué)家首次實現(xiàn)單原子X 射線探測 |
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科學(xué)家首次實現(xiàn)單原子X 射線探測
圖片來源：www.nature.com
來自美國俄亥俄大學(xué)、阿貢國家實驗室、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，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技術(shù)帶來革新。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)場安全檢查，自從德國物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)X射線以來，其已被廣泛應(yīng)用，甚至美國“好奇號”火星探測器也配備了X射線設(shè)備，用來檢查火星巖石的物質(zhì)組成。
X射線在科學(xué)上的一個重要用途是鑒定樣品的材料類型。多年來，由于同步加速器X射線源和新儀器的發(fā)展，X射線檢測需要的樣品材料數(shù)量已大大減少。迄今為止，一個樣品用X射線照射的最小量為微微微克，相當(dāng)于1萬個左右的原子。這是因為原子產(chǎn)生的X射線信號極其微弱，以至于傳統(tǒng)的X射線探測器很難探測到它們。科學(xué)家長期以來的夢想就是對1個原子進(jìn)行X射線探測。現(xiàn)在，研究團(tuán)隊實現(xiàn)了這一夢想。
研究小組選擇了1個鐵原子和1個鋱原子，它們都被插入各自的分子中。為了檢測1個原子的X射線信號，研究小組在傳統(tǒng)X射線探測器的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了一個專門的探測器，后者由位于樣品附近的尖銳金屬端制成，用來收集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，可以直接有效識別樣品的元素類型。這些光譜就像指紋一樣，每一個都是獨一無二的，能夠準(zhǔn)確檢測出樣品是什么。
研究團(tuán)隊強(qiáng)調(diào)，這項突破將為X射線和納米科學(xué)領(lǐng)域開辟新天地。使用X射線檢測和表征單個原子可能會催生量子信息、環(huán)境和醫(yī)學(xué)研究微量元素檢測等領(lǐng)域的新技術(shù)，同時也為研發(fā)先進(jìn)的材料科學(xué)儀器開辟了道路。■
《科學(xué)新聞》 (科學(xué)新聞2024年2月刊 封面)