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科(kē)學(xué)家首次用(yòng)X射線(xiàn)对单个原子进行成像

发布时间:2023/6/9
  一组科(kē)學(xué)家首次利用(yòng)X射線(xiàn)成功对单个原子进行成像。根据5月31日发表在《自然》杂志(zhì)上的研究结果,其变革性的优势压倒了同领域的其它技术。

  俄亥俄大學(xué)和阿贡國(guó)家实验室的物(wù)理(lǐ)學(xué)家西维拉(Sai Wai Hla)在一份新(xīn)闻稿中说:“扫描探针显微镜可(kě)以对原子进行成像,但如果没有(yǒu)X射線(xiàn),就无法分(fēn)辨它们是由什么构成的。而我们现在可(kě)以准确地探测特定原子的类型,一次检测一个原子,并且可(kě)以同时测量其化學(xué)状态”,西维拉补充道,“一旦能(néng)够做到这一点,我们就可(kě)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(tā)的团队取得突破之前,X射線(xiàn)成像技术只能(néng)针对大约10,000个或更多(duō)原子进行整體(tǐ)成像。
  这一限制的原因是单个原子发射的X射線(xiàn)信号过于微弱,无法通过传统方法检测到。為(wèi)了克服这个问题,研究人员采用(yòng)了一种称為(wèi)同步辐射X射線(xiàn)扫描隧道显微镜(SX-STM)的技术。
  简而言之, SX-STM将X射線(xiàn)成像与一种专用(yòng)显微镜结合在一起,该显微镜可(kě)以通过使用(yòng)一个极细的导電(diàn)尖端来对原子表面进行成像,该尖端通过X射線(xiàn)激发的電(diàn)子进行隧道传输。而这些電(diàn)子的能(néng)量光谱具有(yǒu)类似元素“指纹”的特性,即它们可(kě)以准确识别被成像的是什么原子。
  同步辐射X射線(xiàn)扫描和扫描隧道显微镜(STM)都是已有(yǒu)的技术,但将它们配合使用(yòng)并非易事。西维拉和他(tā)的团队在这12年中花(huā)了很(hěn)多(duō)时间来完善他(tā)们的技术。
  根据西维拉的说法,对于他(tā)们最新(xīn)的研究结果,该团队使用(yòng)SX-STM技术成功对一个铁原子和一个铽原子成像,并能(néng)够检测到它们各自的化學(xué)状态。
  “通过比较铁原子和铽原子在各自分(fēn)子主體(tǐ)内的化學(xué)状态,我们发现稀土金属铽原子相当孤立,不会改变其化學(xué)状态,而铁原子则与其周围环境强烈地相互作用(yòng)。”
  将来,这可(kě)以让科(kē)學(xué)家们更精准地操纵分(fēn)子中的单个原子,“这一发现将彻底改变世界,”西维拉说。
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