世上第一張單原子 X 射線特寫鏡頭，或徹底改變科學家檢測材料方式

隨著技術逐年成熟，科學家已能利用電子顯微鏡、量子顯微鏡在原子尺度下進行各種成像。現在，科學家帶來第一張單原子 X 射線特寫鏡頭，還測量原子化學狀態，將對環境與醫學科學領域產生重大影響。

原子尺度成像最早出現於 1950 年代中期，此後開始迅速發展，2008 年，物理學家成功使用電子顯微鏡對單個氫原子進行成像；5 年後，科學家使用量子顯微鏡觀察氫原子內部，首次直接觀察到電子軌道。

X 射線一個重要科學用途是判別樣本材料的類型，從醫學設備、機場安檢到火星探測器都可見到 X 射線設備，但 X 射線從 1895 年發現至今已將近 130 年，從未能拿來檢測到單原子。一般來說，原子雖然可以用掃描探針顯微鏡（Scanning probe microscopy，SPM）進行常規成像，但若沒有 X 射線，就無法判斷它們由什麼構成。

最近，來自俄亥俄大學、美國阿貢國家實驗室、伊利諾大學芝加哥分校的科學家結合同步加速器 X 射線源與掃描探針顯微鏡技術，首次以 X 射線拍攝單原子並測量一些關鍵特性，透過比較鐵原子、铽原子在各分子內的化學狀態，研究人員發現稀土金屬铽原子相當孤立，不會改變化學狀態，但鐵原子強烈與周圍相互作用。

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許多稀土材料用於日常設備，包括手機、電腦、電視等，新的研究讓科學家不僅可以判斷元素類型，還可以識別化學狀態，從而可更良好操縱不同材料內部的原子，這將對環境科學、醫學、量子訊息等領域產生重大影響。

新論文發表在《自然》（Nature）期刊。