【导读】

自1895年伦琴发现X射线以来，其应用遍布医学和环境应用到材料科学。二十世纪中叶同步加速器X射线发明后，材料的X射线表征发生了革命性的变化。同步加速器光源的功能不断升级，以提高分辨率和测量所需的最小样品量。到目前为止，X射线可以检测到阿克级的样品。

然而，X射线检测仍存在以下问题：

1、X射线表征需要大量原子，减少材料数量是一个长期目标

虽然X射线已实现阿克级样品的检测，但它仍然在≥104个原子的范围内，获得更小的样本变得极其困难。

2、实现X射线检测单个原子将是一个革命性的进展

如果X射线仅可用于检测一个原子，它将进一步彻底改变其应用，并从量子信息技术到环境和医学研究达到前所未有的水平。

有鉴于此，阿贡国家实验室Saw-Wai Hla等人表明X射线可用于表征单个原子的元素和化学状态。使用专门的尖端作为检测器，检测到与有机配体配位的铁和铽原子产生的X射线激发电流。在X射线吸收光谱中可以清楚地观察到单个原子的指纹，分别是铁和铽的L2,3和M4,5吸收边信号。这些原子的化学状态通过近边X射线吸收信号表征，其中X射线激发共振隧穿 (X-ERT) 对铁原子占主导地位。只有当尖端非常接近地直接位于原子上方时，才能感测到X射线信号，这证实了隧道区域中的原子定位检测。该工作将同步加速器 X 射线与量子隧穿过程联系起来，并开启了未来的X射线实验，以在最终的单原子极限下同时表征材料的元素和化学性质。

这项工作将同步辐射X射线与量子隧道过程联系起来，以检测单个原子的X射线特征，并开辟了许多令人兴奋的研究方向，包括利用同步辐射X射线对仅仅一个原子的量子和自旋（磁性）特性进行研究。该技术可以实现对材料的表征精细至一个原子的终极极限。这将对材料、环境和医学科学产生巨大的影响。

论文信息：

标题：Characterization of just one atom using synchrotron X-rays

出版信息：Nature，31 May 2023

DOI：10.1038/s41586-023-06011-w

转自：“科研之友 ScholarMate”微信公众号

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