要用x射线表征一个原子，它需要与同类原子分离。为此，该团队首先将单个铁原子缠绕在由不同元素组成的纳米大小的分子中。

　　然后，他们在阿贡国家实验室的先进光子源(APS)光源下，用强大的x射线束对样本进行分析。研究小组在APS和纳米材料中心(CNM)共享的光束线(XTIP)上检测了样品中的单个原子。这两个都是美国能源部科学办公室在阿贡的用户设施。光束线包括一个扫描隧道显微镜(STM)探针。

　　“我在2012年获得了美国能源部早期职业研究计划奖，这使我能够组建一支由充满激情的科学家和工程师组成的团队，来开发这项研究中使用的显微镜技术，”APS和CNM的物理学家Volker Rose说。“多亏了能源部的额外资助，我们一起在XTIP光束线上开发并建造了这种独一无二的显微镜。”

　　来自x射线束的光子轰击样品，使其释放电子。STM探头位于样品表面上方不到一纳米处，收集由于发射电子而产生的电信号。所得的光谱(电流与光子能量的图)是元素周期表中元素的“指纹”。每个元素都有一个唯一的指纹。通过探测样品表面，科学家们可以确定特定原子的元素及其确切位置。

　　还有更多。他们还可以从同一光谱中确定原子的化学状态。化学状态与原子可以失去一定数量的电子有关;例如，铁可以失去2、3或4个电子。化学状态反映了缺失电子的数量，这对科学家来说很重要，因为它影响原子的物理、化学和电子特性。

　　为了证明新功能的更广泛适用性，该团队成功地用铽(一种稀土元素)重复了相同的x射线分析。稀土对微电子、电池、飞机结构等至关重要。该技术也适用于除金属外的其他元素。通过了解单个原子的性质，科学家们就可以以新的方式开发它们在材料中的用途。

　　Hla说:“能够一次研究一个原子将使x射线的应用达到前所未有的水平，从量子信息技术到环境和医学研究。”

　　有关这项研究的更多信息，请参见首次捕获单个原子的x射线。

　　参考文献:“用同步加速器x射线描述一个原子”，作者:Tolulope M. Ajayi, Nozomi Shirato, Tomas Rojas, Sarah Wieghold, Xinyue Cheng, Kyaw Zin Latt, Daniel J. Trainer, Naveen K. Dandu, Yiming Li, sinth Premarathna, Sanjoy Sarkar, Daniel Rosenmann, Yuzi Liu, Nathalie Kyritsakas, Shaoze Wang, Eric Masson, Volker Rose, Xiaopeng Li, Anh T. Ngo和Saw-Wai Hla, 2023年5月31日，Nature。DOI: 10.1038 / s41586 - 023 - 06011 - w

　　除了Hla和Rose，《自然》论文的其他作者包括Tolulope M. Ajayi, Nozomi Shirato, Tomas Rojas, Sarah Wieghold, Kyaw Zin Latt, Daniel J. Trainer, Naveen K. Dandu, Sineth Premarathna, Daniel Rosenmann, Yuzi Liu和Anh T. Ngo。来自俄亥俄大学的撰稿人包括Xinyue Cheng, Sanjoy Sarkar, Shaoze Wang和Eric Masson。其他撰稿人有深圳大学李晓鹏;李一鸣，南佛罗里达大学;以及来自斯特拉斯堡大学的Nathalie Kyritsakas。

　　这项研究由美国能源部基础能源科学办公室资助。计算资源由阿贡实验室计算资源中心提供。