当提到原⼦时，你的脑海中浮现的是怎样的画⾯？⼀个最⼴为流传的版本是，电⼦围绕着原⼦核在圆形的轨道上运动，就像太阳系中⾏星绕太阳运动⼀样。然⽽，这个原⼦模型并不准确。随着⼈们对量⼦世界的深⼊理解，物理学家逐渐了解到，电⼦可以同时存在于不同的位置。只有当对⼀个电⼦进⾏测量时，它的波函数才会坍缩，从⽽出现在⼀个特定的位置。也就是说，如果进⾏多次测量，并每次都绘制出电⼦的位置，最终就会得到⼀个轨道云模式。
这才是更接近真实的单原⼦的画⾯。早在2008年，物理学家就成功地⽤电⼦显微镜拍摄了单个氢原⼦的图像。五年后，科学家做到了⽤“量⼦显微镜”窥视氢原⼦的内部，⾸次直接观察到了电⼦轨道。近⽇，《⾃然》杂志上刊登了⼀篇新的研究表明，⼀组物理学家已经获得了⾸个单个原⼦的X射线成像。这是⼀项有望彻底改变科学家探测材料的⽅式的突破性成就。物理学家经常使⽤扫描探针显微镜对原⼦进⾏常规成像。
它的⼯作原理是在材料的表⾯上运⾏⼀个⾮常锋利的尖端，然后根据从尖端读取的信号，形成⼀个表⾯的图像。但是，如果没有X射线，科学家就不能分辨样品是由什么组成的。⾃1895年伦琴（Wilhelm R?ntgen）发现X射线以来，从医学检查到机场安检再到材料科学，X射线的应⽤可以说是⽆处不在。即使是发射到太空的探测器，也有许多都配备了X射线设备。在科学上，X射线的⼀个重要⽤途是检测样品中的材料的种类。
多年来，随着同步加速器X射线源和新仪器的发展，对样品进⾏X射线检测时所需的材料的量已经⼤⼤减少。实现这⼀⽬标的主要挑战就在于，⼀个原⼦产⽣的X射线信号极其微弱，传统的X射线探测器⽆法探测到。过去的12年⾥，以Saw-Wai Hla为代表的物理学家⼀直致⼒于将同步辐射和量⼦隧穿结合，进⽽开发出⼀种X射线版本的扫描隧穿显微术。他们将这种技术称为同步加速器X射线扫描隧穿显微术（SX-STM）。
在这项新技术中，研究⼈员在传统的X射线探测器之外，还使⽤了⼀种专⻔配备了⼀个尖锐的⾦属尖端的的探测器。尖端被放置在离样品⾮常近的地⽅，当X射线击中样品，并激发核⼼电⼦时，电⼦会隧穿到探测器的尖端。核⼼能级的电⼦的光吸收就像指纹⼀样，可以帮助科学家有效地识别材料中的原⼦类型。在新的研究中，Hla与合作者利⽤SX-STM，对铁和铽（稀⼟⾦属）进⾏了测试。
他们将⼀个铁原⼦和⼀个铽原⼦插⼊各⾃的超分⼦宿主中，成功实现了对单个原⼦进⾏准确的类型检测。不仅如此，他们还同时测得了这些单个原⼦的化学状态。通过⽐较铁原⼦和铽原⼦在各⾃的超分⼦宿主内的化学状态，他们发现铽原⼦相当孤⽴，它不会改变化学状态；⽽铁原⼦则会与周围的物质产⽣强烈的相互作⽤。这项研究成功地将同步加速器X射线与量⼦隧穿联系了起来。
它实现了对单个原⼦进⾏X射线成像，并开辟了许多令⼈兴奋的研究⽅向，包括使⽤同步加速器X射线研究单个原⼦的量⼦和⾃旋特性。这将对量⼦信息、环境科学、医学研究等众多领域产⽣巨⼤影响。此外，他们还开发了⼀种名为“X射线激发共振隧道（X-ERT）”的新⽅法，这种⽅法使他们可以⽤同步加速器X射线检测材料表⾯上的单个分⼦的轨道⽅向。
未来，研究团队希望能继续使⽤X射线来检测单个原⼦的性质，并找到进⼀步⾰新其应⽤的⽅法。