2026年4月29日，德國柏林赫爾姆霍茲材料與能源中心（HZB）宣布，由HZB、德國馬克斯·普朗克化學(xué)能源轉(zhuǎn)化研究所（MPI-CEC）和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）聯(lián)合研制的超導(dǎo)過渡邊沿傳感器（TES）陣列X射線光譜儀，在BESSY II同步輻射光源正式投入運行。這是歐洲首臺、全球第六臺部署于同步輻射X射線源的TES陣列光譜儀，也是目前唯一集成于軟X射線波段（UE52-SGM束線）并支持偏振調(diào)控的同類設(shè)備。

該儀器核心為含248個獨立像素的TES傳感器陣列，工作溫度低至25毫開爾文（mK），需依賴He4-He3稀釋制冷機維持——這類制冷系統(tǒng)與當(dāng)前商用量子計算機所用冷卻平臺屬同一代技術(shù)。當(dāng)X射線激發(fā)樣品后，其發(fā)射的軟X射線光子被單個TES像素捕獲，引發(fā)超導(dǎo)態(tài)瞬時破壞，電阻突變信號經(jīng)超導(dǎo)量子干涉器件（SQUID）陣列電路讀出，實現(xiàn)單光子能量分辨。相比傳統(tǒng)硅漂移探測器（SDD）或CCD型XES/RIXS光譜儀，其光子探測效率提升100–1000倍，信噪比顯著改善，尤其適用于極弱信號場景。

技術(shù)突破直接拓展了X射線發(fā)射譜（XES）和共振非彈性X射線散射（RIXS）的應(yīng)用邊界。過去這兩類技術(shù)因‘光子饑餓’特性，僅能用于高濃度、體相樣品；而新光譜儀使原子單層、二維材料、表面吸附分子、摻雜濃度低于0.1%的痕量體系，以及磁性納米結(jié)構(gòu)等低維/低豐度體系的電子結(jié)構(gòu)原位表征成為可能。例如，對石墨烯/過渡金屬硫化物異質(zhì)結(jié)的價帶劈裂、單原子催化劑中Fe-N?配位環(huán)境的電荷轉(zhuǎn)移、或鋰電池正極材料循環(huán)過程中微量Ni3?/Ni??比例變化，均可在數(shù)分鐘內(nèi)完成高分辨率XES測量——此前同類實驗需數(shù)小時甚至整夜連續(xù)采集。

整套系統(tǒng)集成于定制化超高真空（UHV）樣品腔，支持10 K至室溫控溫，并兼容原位樣品制備（如濺射沉積、分子束外延、氣體吸附）。其安裝位置為BESSY II的UE52-SGM束線，該束線具備偏振可調(diào)功能，為后續(xù)開展X射線磁圓二色譜（XMCD）與RIXS-MCD聯(lián)用測量預(yù)留接口。HZB團(tuán)隊明確表示，下一步將升級樣品腔磁體模塊，實現(xiàn)Zui高7特斯拉磁場下的RIXS-MCD原位測量，服務(wù)于自旋電子學(xué)與量子材料研究。

從全球布局看，目前僅5臺TES光譜儀部署于X射線光源：美國阿貢國家實驗室APS、勞倫斯伯克利國家實驗室ALS、斯坦福同步輻射光源SSRL、布魯克海文國家實驗室NSLS-II各1臺；日本SPring-8有1臺。BESSY II這臺是歐洲唯一，且是首個面向用戶開放的軟X射線TES陣列平臺。其技術(shù)路徑源自天體物理領(lǐng)域——Zui初為探測宇宙微弱X射線背景輻射而開發(fā)，現(xiàn)成功遷移至凝聚態(tài)物理與先進(jìn)材料表征。對采購與運維人員而言，該設(shè)備凸顯三個關(guān)鍵現(xiàn)實約束：一是25 mK低溫系統(tǒng)依賴稀釋制冷機，日常維護(hù)需氦同位素供應(yīng)鏈支持及專業(yè)低溫工程師駐場；二是SQUID讀出電路對電磁屏蔽要求極高，現(xiàn)場安裝需獨立法拉第籠與振動隔離平臺；三是248像素陣列雖提升通量，但單像素有效面積僅約100 μm×100 μm，對光路準(zhǔn)直與樣品定位精度提出亞微米級要求，常規(guī)光學(xué)調(diào)整工裝難以滿足。

對中國科研設(shè)備采購方與同步輻射用戶而言，該案例提示一個具體關(guān)注點：國內(nèi)正在建設(shè)的上海硬X射線自由電子激光裝置（SHINE）、北京高能同步輻射光源（HEPS）二期軟X射線線站，以及合肥先進(jìn)光源（HALF）預(yù)研項目，在規(guī)劃XES/RIXS終端時，需提前評估TES陣列技術(shù)的工程適配性——包括稀釋制冷機國產(chǎn)化替代進(jìn)度（目前國內(nèi)尚無商用He4-He3稀釋機量產(chǎn)能力）、SQUID讀出鏈的本地化標(biāo)定能力，以及超高真空腔體與同步輻射束線接口的機械公差匹配標(biāo)準(zhǔn)。BESSY II此次上線并非單純技術(shù)展示，而是驗證了超低溫探測器在第三代同步輻射光源上的工程落地可行性，為中國下一代光源終端設(shè)計提供了可復(fù)用的低溫-真空-電磁兼容集成范式。