同步加速器 X 射线对单个原子进行成像 – 物理世界

得益于研究人员的新工作，同步加速器X射线扫描隧道显微镜的分辨率首次达到单原子极限 阿贡国家实验室 在美国。这一进展将对许多科学领域产生重要影响，包括医学和环境研究。

“X 射线最重要的应用之一是表征材料，”研究联合负责人解释道 苏维拉，阿贡物理学家和教授 俄亥俄州立大学。 “自 128 年前伦琴发现以来，这是第一次可以用它们来表征单个原子极限的样品。”

到目前为止，可以分析的最小样本量是一阿克，大约是 10,000 个原子。这是因为单个原子产生的 X 射线信号极其微弱，传统探测器的灵敏度不足以检测到它。

令人兴奋的核心级电子

研究人员在他们的工作中详细介绍了 自然，他们在传统的 X 射线探测器上添加了一个锋利的金属尖端，以探测含有铁或铽原子的样品中 X 射线激发的电子。尖端放置在样品上方 1 nm 处，被激发的电子是核心级电子——本质上是每个元素独有的“指纹”。该技术称为同步加速器 X 射线扫描隧道显微镜 (SX-STM)。

SX-STM 将扫描隧道显微镜的超高空间分辨率与 X 射线照明提供的化学灵敏度相结合。当尖锐的尖端在样品表面上移动时，电子会穿过尖端和样品之间的空间，从而产生电流。尖端检测到该电流，显微镜将其转换为图像，提供有关尖端下方原子的信息。

Hla 解释说：“元素类型、化学状态甚至磁性特征都编码在同一个信号中，因此如果我们能够记录一个原子的 X 射线特征，就可以直接提取该信息。”

研究联合负责人补充说，能够研究单个原子及其化学性质将有助于设计具有适合特定应用的性质的先进材料 沃尔克·罗斯。 “在我们的工作中，我们研究了含有铽的分子，铽属于稀土元素家族，用于混合动力和电动汽车中的电动机、硬盘驱动器、高性能磁铁、风力涡轮发电机、可印刷电子产品等应用和催化剂。 SX-STM 技术现在提供了一种探索这些元素的途径，而无需分析大量材料。”

新技术快速高效地生成彩色 X 射线图像

Hla 补充道，在环境研究中，现在可以将可能的有毒物质追踪到极低的水平。 “医学研究也是如此，可以在原子极限下检测到导致疾病的生物分子，”他告诉我们 物理世界.

该团队表示，现在希望探索单个原子的磁性，以用于自旋电子和量子应用。 Hla 解释道：“这将影响多个研究领域，包括数据存储设备中使用的磁存储器、量子传感和量子计算等。”

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/synchrotron-x-rays-image-a-single-atom/