科研人员首次探测到单个原子的X射线信号

(资料图片仅供参考)

美国科研人员首次探测到了单个原子在X射线作用下产生的信号，据此分析出元素种类和原子的化学状态，这个成果可望为材料检测技术带来革新。

这项研究由美国俄亥俄大学、阿尔贡国家实验室等机构进行，分别探测到了嵌在分子框架中的单个铁原子和单个铽原子的X射线信号。相关论文日前发表在英国《自然》杂志上。

X射线广泛应用于医疗、环境、安全等领域的检测，随着技术进步，检测所需材料样本数量目前已经减少到1万个原子的级别。但单个原子产生的X射线信号非常微弱，传统手段难以探测，新方法将帮助大幅提高检测精度。

这项研究使用的观测手段称为同步辐射X射线-扫描隧道显微镜(SX-STM)，结合了粒子加速器产生的高质量X射线源和能对单个原子进行观察的扫描隧道显微镜技术。研究人员使用特制金属探针，控制探针尖端停留在待检测样本上方约0.5纳米处，用X射线照射样本。样本原子中靠近原子核的内层电子被X射线激发出来，通过量子隧穿效应“穿越”到探针尖端。

这些电子带有独特印记，分析它们产生的隧穿电流就可确定元素种类，还能检测出原子的化学状态。观察显示，铽原子在分子里非常“孤僻”，铁原子则与附近的原子发生强烈的相互作用。

关键词：