一台突破性的超导X射线光谱仪已在BESSY II投入运行，这标志着欧洲拥有了首套基于TES的系统，并将光子探测效率提升了高达1000倍。这一进展使科学家能够以卓越的速度和灵敏度探索原子级薄材料、纳米结构及超稀薄样品。
新系统显著提高了光子探测效率，其性能比传统波长色散X射线发射光谱仪高出100到1000倍。研究人员计划利用它来研究原子级薄材料、纳米结构以及高稀释原子和分子样品的电子特性。该团队现正邀请科学界提交研究提案。
为X射线光谱学带来更高的灵敏度
BESSY II等设施产生极高亮度和强度的同步辐射X射线，使科学家能够分析广泛的材料。然而，X射线发射光谱（XES）和共振非弹性X射线散射（RIXS）等技术面临着一个重大挑战。由于这些方法依赖于探测样品发射的光子，因此需要大量的光子才能产生有用的测量结果。
因此，XES和RIXS实验传统上仅限于浓缩样品和块体材料。
“我们在BESSY II投入使用的超导跃迁边缘传感器（TES）阵列光子探测器，其光子探测效率比传统XES和RIXS光谱仪高出约100到1000倍，”该新仪器的负责人、HZB的Régis Decker说道。
探索量子材料和超薄系统
灵敏度的提高为以前难以进行或无法进行的实验打开了大门。
“这可以为分子化学或分子生物学提供新的见解，也可以为原子单层、纳米结构和杂质等低维系统的量子特性提供新的见解。TES光谱仪是对ARPES等方法的补充，后者用于扫描此类系统的电子能带结构，”Régis Decker说。
该仪器还可以显著缩短数据采集时间。一些通常需要数小时的XES和RIXS实验现在只需几分钟即可完成。
在接近绝对零度下工作的248个超导传感器
TES阵列光谱仪的核心是248个传感器，当冷却至25毫开尔文时，它们会变成超导状态。为了达到这一温度，研究人员使用了类似于量子计算系统中使用的氦4-氦3稀释制冷机。
当X射线与样品相互作用时，样品会发射光子。这些光子撞击TES阵列中的单个传感器，导致温度突然升高。这种短暂的升温破坏了超导状态，并增加了传感器的电阻。随后，利用基于超导量子干涉器件（SQUID）阵列的电路测量该变化。
先进的样品处理与未来升级
该光谱仪连接到一个定制的超高真空样品室，该样品室支持样品传输、制备和测量。该样品室还提供从10 K到室温的精确温度控制。
整个系统安装在BESSY II UE52-SGM光束线上，该光束线提供全偏振控制。计划中的升级包括增强样品制备能力，以及研究磁场中材料的能力，用于进行吸收（XMCD）和发射（RIXS-MCD）的X射线磁圆二色性研究。
欧洲唯一的同步辐射TES光谱仪
TES光谱仪最初是为天体物理学应用创建的，在这些应用中，探测极弱的光子信号至关重要。在BESSY II安装之前，全球仅有五台TES光谱仪在X射线设施中运行，其中四台在美国，一台在日本。
BESSY II目前拥有欧洲唯一的同步辐射TES光谱仪。
“我们期待收到来自用户群体激动人心的研究提案，”Decker说。