來自美國俄亥俄大學、阿貢國家實驗室、伊利諾伊大學芝加哥分校等機構的科學家，首次拍攝到了單原子X射線信號，據此分析出元素種類和原子的化學狀態，這一成果有望為材料檢測技術帶來革新。相關研究2023年5月31日刊登于《自然》。

  從醫學檢查到機場安全檢查，自從德國物理學家倫琴于1895年發現X射線以來，其已被廣泛應用，甚至美國“好奇號”火星探測器也配備了X射線設備，用來檢查火星巖石的物質組成。

  X射線在科學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展，X射線檢測需要的樣品材料數量已大大減少。迄今為止，一個樣品用X射線照射的最小量為微微微克，相當于1萬個左右的原子。這是因為原子產生的X射線信號極其微弱，以至于傳統的X射線探測器很難探測到它們。科學家長期以來的夢想就是對1個原子進行X射線探測。現在，研究團隊實現了這一夢想。

  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X射線探測器的基礎上補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射線激發的電子——這種技術被稱為同步加速器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的，它構成了元素指紋，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，能夠準確檢測出樣品是什么。

  研究團隊強調，這項突破將為X射線和納米科學領域開辟新天地。使用X射線檢測和表征單個原子可能會催生量子信息、環境和醫學研究微量元素檢測等領域的新技術，同時也為研發先進的材料科學儀器開辟了道路。■