参考消息网6月6日报道 据美国《科学日报》网站5月31日报道，俄亥俄大学、阿尔贡国家实验室、伊利诺伊大学芝加哥分校等机构科学家组成的研究小组，在俄亥俄大学物理学教授、美国阿尔贡国家实验室科学家苏韦拉（音）带领下，拍摄到了世界上首个单原子X射线信号。这项突破性研究成果由美国能源部和基础能源科学计划办公室资助，可能彻底改变科学家探测材料的方式。
自1895年伦琴发现X射线以来，这种射线在各个地方得到利用，从医学检查到机场安检。就连美国国家航空航天局的“好奇”号火星探测器也配备了X射线设备，以检测火星岩石的材料成分。X射线在科学中的一个重要用途是确定样本中的材料类型。多年来，得益于同步加速器X射线源和新仪器的研制，X射线探测所需样本中的材料数量大大减少。迄今为止，对一个样本进行X射线探测的最小量是阿克，即约1万个或更多原子。这是由于一个原子产生的X射线信号极其微弱，所以无法用常规X射线探测器来探测到它。苏韦拉说，长期以来，用X射线拍到一个原子一直是科学家们的梦想，现在由他领导的这个研究小组正在实现这一梦想。
苏韦拉解释说：“可以用扫描探针显微镜拍摄到常规原子图像，但如果没有X射线，就无法辨别它们的组成。我们现在能够确切探测到特定原子的类型，一次一个原子，并能同时测量其化学状态。一旦我们能够做到这一点，我们就可以把材料追溯到一个原子的极限。这将对环境和医学科学产生巨大影响，甚至可能找到能对人类产生巨大影响的治疗方法。这一发现将改变世界。”
他们的研究论文5月31日发表在《自然》周刊上。论文详细介绍了苏韦拉和其他几名物理学家和化学家——包括俄亥俄大学的博士生——是如何在先进光子源的XTIP粒子束和阿尔贡国家实验室纳米材料中心使用专用同步加速器X射线仪器的。
为了进行演示，研究小组选择了一个铁原子和一个铽原子，两者都插入各自的分子宿主中。为了探测一个原子的X射线信号，研究小组用一种专门的探测器补充了X射线常规探测器，前者由非常接近样本的尖锐金属尖制成，以收集X射线激发的电子——这种技术被称为同步加速器X射线扫描隧道显微镜。同步加速器X射线扫描隧道显微镜中（SX-STM）的X射线光谱是由核心能级电子的光吸收触发的，这些电子构成了元素区别性特征，能够直接有效地识别材料的元素类型。
苏韦拉说，这种光谱就像指纹，每个都是独一无二的，能够准确探测出物质。
论文第一作者、将这项研究工作作为自己博士论文一部分的托卢洛佩·迈克尔·阿贾伊说：“这项研究中使用的技术和得到证实的概念在X射线科学和纳米研究中开辟了新天地。更重要的是，利用X射线来探测和辨别一个原子可能给研究带来革命性变化，并在诸如量子信息以及在环境和医学研究中探测微量元素等领域催生新技术。这一成就也会为先进材料科学仪器铺平道路。”
热门跟贴