科研人員首次探測(cè)到單個(gè)原子的X射線信號(hào)

新華社北京6月2日電 美國(guó)科研人員首次探測(cè)到了單個(gè)原子在X射線作用下產(chǎn)生的信號(hào)，據(jù)此分析出元素種類和原子的化學(xué)狀態(tài)，這個(gè)成果可望為材料檢測(cè)技術(shù)帶來(lái)革新。

這項(xiàng)研究由美國(guó)俄亥俄大學(xué)、阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)進(jìn)行，分別探測(cè)到了嵌在分子框架中的單個(gè)鐵原子和單個(gè)鋱?jiān)拥腦射線信號(hào)。相關(guān)論文日前發(fā)表在英國(guó)《自然》雜志上。

X射線廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、環(huán)境、安全等領(lǐng)域的檢測(cè)，隨著技術(shù)進(jìn)步，檢測(cè)所需材料樣本數(shù)量目前已經(jīng)減少到1萬(wàn)個(gè)原子的級(jí)別。但單個(gè)原子產(chǎn)生的X射線信號(hào)非常微弱，傳統(tǒng)手段難以探測(cè)，新方法將幫助大幅提高檢測(cè)精度。

這項(xiàng)研究使用的觀測(cè)手段稱為同步輻射X射線-掃描隧道顯微鏡(SX-STM)，結(jié)合了粒子加速器產(chǎn)生的高質(zhì)量X射線源和能對(duì)單個(gè)原子進(jìn)行觀察的掃描隧道顯微鏡技術(shù)。研究人員使用特制金屬探針，控制探針尖端停留在待檢測(cè)樣本上方約0.5納米處，用X射線照射樣本。樣本原子中靠近原子核的內(nèi)層電子被X射線激發(fā)出來(lái)，通過(guò)量子隧穿效應(yīng)“穿越”到探針尖端。

這些電子帶有獨(dú)特印記，分析它們產(chǎn)生的隧穿電流就可確定元素種類，還能檢測(cè)出原子的化學(xué)狀態(tài)。觀察顯示，鋱?jiān)釉诜肿永锓浅！肮缕А?，鐵原子則與附近的原子發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。