来自美国俄亥俄大学、阿贡国家实验室、伊利诺伊大学芝加哥分校等机构的科学家，首次拍摄到了单原子X射线信号，据此分析出元素种类和原子的化学状态，这一成果有望为材料检测技术带来革新。相关研究2023年5月31日刊登于《自然》。

  从医学检查到机场安全检查，自从德国物理学家伦琴于1895年发现X射线以来，其已被广泛应用，甚至美国“好奇号”火星探测器也配备了X射线设备，用来检查火星岩石的物质组成。

  X射线在科学上的一个重要用途是鉴定样品的材料类型。多年来，由于同步加速器X射线源和新仪器的发展，X射线检测需要的样品材料数量已大大减少。迄今为止，一个样品用X射线照射的最小量为微微微克，相当于1万个左右的原子。这是因为原子产生的X射线信号极其微弱，以至于传统的X射线探测器很难探测到它们。科学家长期以来的梦想就是对1个原子进行X射线探测。现在，研究团队实现了这一梦想。

  研究小组选择了1个铁原子和1个铽原子，它们都被插入各自的分子中。为了检测1个原子的X射线信号，研究小组在传统X射线探测器的基础上补充了一个专门的探测器，后者由位于样品附近的尖锐金属端制成，用来收集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（SX-STM）。SX-STM中的X射线光谱是由核心能级电子的光吸收触发的，它构成了元素指纹，可以直接有效识别样品的元素类型。这些光谱就像指纹一样，每一个都是独一无二的，能够准确检测出样品是什么。

  研究团队强调，这项突破将为X射线和纳米科学领域开辟新天地。使用X射线检测和表征单个原子可能会催生量子信息、环境和医学研究微量元素检测等领域的新技术，同时也为研发先进的材料科学仪器开辟了道路。■