新型超导X射线探测器灵敏度提升千倍

这项新成果是一种基于超导转变边传感器（TES）阵列的X射线光谱仪，安装在德国BESSY II同步辐射光源的UE52-SGM光束线上。它包含248个工作在接近绝对零度（25毫开尔文）的超导传感器，利用稀释制冷机冷却；当X射线激发样品后发出的光子打到传感器上，会引起微小温升，破坏超导态并改变电阻，再通过SQUID电路精确测量信号。相比传统波长色散型X射线发射谱仪（XES）和共振非弹性X射线散射（RIXS）设备，其光子探测效率提升100至1000倍。这意味着过去只能用浓稠样品或块体材料做的实验，如今可拓展到原子级超薄材料、纳米结构、极低浓度分子或杂质体系——例如单层二维材料、生物分子或量子材料。它不仅能揭示分子化学、分子生物学新机制，还能与角分辨光电子能谱（ARPES）等技术互补，深入研究低维体系的量子电子行为。实验时间也大幅缩短：原本需数小时的测量，现在几分钟即可完成。配套超高真空样品腔支持10 K至室温精确控温，并具备样品原位制备与转移功能。未来还将升级磁环境测量能力，用于X射线磁圆二色谱（XMCD）及磁性RIXS（RIXS-MCD）研究。目前全球仅有5台X射线用TES谱仪在运行（美4台、日1台），BESSY II这台是欧洲唯一一台同步辐射专用TES谱仪，现面向全球科研用户开放申请使用。