科学家首次用X射线对单个原子进行成像

Daphane

來源:大纪元


扫描隧道显微镜工作原理示意图。上方为实施扫描的极细探针中的原子，下方为被成像原子平面，两者之间有电子通过量子隧穿效应流过而形成微弱电流。(Shutterstock)

【大纪元2023年06月07日讯】（大纪元记者林达编译报导）一组科学家首次利用X射线成功对单个原子进行成像。根据5月31日发表在《自然》杂志上的研究结果，其变革性的优势压倒了同领域的其它技术。
俄亥俄大学和阿贡国家实验室的物理学家西维拉（Sai Wai Hla）在一份新闻稿中说：“扫描探针显微镜可以对原子进行成像，但如果没有X射线，就无法分辨它们是由什么构成的。而我们现在可以准确地探测特定原子的类型，一次检测一个原子，并且可以同时测量其化学状态”，西维拉补充道，“一旦能够做到这一点，我们就可以将材料构成的细节追溯到单个原子的最终极限。”
在Hla和他的团队取得突破之前，X射线成像技术只能针对大约10,000个或更多原子进行整体成像。
这一限制的原因是单个原子发射的X射线信号过于微弱，无法通过传统方法检测到。为了克服这个问题，研究人员采用了一种称为同步辐射X射线扫描隧道显微镜（SX-STM）的技术。
简而言之， SX-STM将X射线成像与一种专用显微镜结合在一起，该显微镜可以通过使用一个极细的导电尖端来对原子表面进行成像，该尖端通过X射线激发的电子进行隧道传输。而这些电子的能量光谱具有类似元素“指纹”的特性，即它们可以准确识别被成像的是什么原子。
同步辐射X射线扫描和扫描隧道显微镜（STM）都是已有的技术，但将它们配合使用并非易事。西维拉和他的团队在这12年中花了很多时间来完善他们的技术。
根据西维拉的说法，对于他们最新的研究结果，该团队使用SX-STM技术成功对一个铁原子和一个铽原子成像，并能够检测到它们各自的化学状态。
“通过比较铁原子和铽原子在各自分子主体内的化学状态，我们发现稀土金属铽原子相当孤立，不会改变其化学状态，而铁原子则与其周围环境强烈地相互作用。”
将来，这可以让科学家们更精准地操纵分子中的单个原子，“这一发现将彻底改变世界，”西维拉说。