原子尺度成像最早出现于1950年代中期,此后开始迅速发展,2008 年,物理学家成功使用电子显微镜对单个氢原子进行成像;5年后,科学家使用量子显微镜观察氢原子内部,首次直接观察到电子轨道。
X射线一个重要科学用途是判别样本材料的类型,从医学设备、机场安检到火星探测器都可见到X射线设备,但X射线从1895年发现至今已将近130年,从未能拿来检测到单原子。一般来说,原子虽然可以用扫描探针显微镜(SPM)进行常规成像,但若没有X射线,就无法判断它们由什么构成。
最近,来自俄亥俄大学、美国阿贡国家实验室、伊利诺大学芝加哥分校的科学家结合同步加速器X射线源与扫描探针显微镜技术,首次以X射线拍摄单原子并测量一些关键特性,透过比较铁原子、鋱原子在各分子内的化学状态,研究人员发现稀土金属鋱原子相当孤立,不会改变化学状态,但铁原子强烈与周围相互作用。
许多稀土原材料用于日常设备,包括手机、电脑、电视等,新的研究让科学家不仅可以判断元素类型,还可以识别化学状态,从而可更良好操纵不同原材料内部的原子,这将对环境科学、医学、量子讯息等领域产生重大影响。
新论文发表在《自然》(Nature)期刊◆