欧洲首台用于同步辐射光源的超导转变边缘传感器(TES)阵列X射线光谱仪，已在德国亥姆霍兹柏林中心(HZB)的BESSY II同步辐射光源投入使用。该仪器由HZB、德国米尔海姆的马克斯·普朗克化学能转换研究所(MPI CEC)和美国科罗拉多州博尔德的美国国家标准与技术研究院(NIST)团队共同研发。
BESSY II能够产生高强度、高亮度的X射线，适合研究多种材料和样品。不过，在X射线发射光谱(XES)和共振非弹性X射线散射(RIXS)实验中，研究人员需要捕捉样品发出的光子，对探测效率要求很高。过去，这类测量通常更适合高浓度、大体积样品，面对原子级薄膜、纳米结构或高度稀释的原子和分子样品时，实验难度会明显增加。
HZB物理学家Régis Decker表示，目前在BESSY II启用的TES阵列光子探测器，光子探测效率比传统XES和RIXS光谱仪高约100至1000倍。这意味着一些原本需要数小时完成的XES和RIXS测量，现在有望缩短到几分钟。
这台TES光谱仪包含248个传感器。传感器被冷却到25毫开尔文后进入超导状态，这一低温由He4-He3稀释制冷机实现，制冷方式与量子计算机使用的设备相似。当X射线照射样品时，样品会发射光子;这些光子抵达阵列中的传感器后，会引起温度瞬时上升，使传感器短暂脱离超导状态并产生电阻变化。相关电阻信号再由基于超导量子干涉器件(SQUID)阵列的电路读出。
该光谱仪安装在定制的超高真空样品室内，可在10 K至室温范围内精确控制样品温度，支持样品转移、制备和测量。光谱仪和样品室组件已接入BESSY II的UE52-SGM光束线，这条光束线能够进行偏振控制。
Régis Decker介绍，这类TES光谱仪可为分子化学、分子生物学，以及原子单层、纳米结构、杂质等低维系统的量子特性研究提供新手段，并与ARPES等用于扫描电子能带结构的方法形成互补。团队下一步计划继续扩展样品制备能力，并实现在磁场中开展X射线吸收磁圆二色性(XMCD)和磁发射磁圆二色性(RIXS-MCD)测量。
TES光谱仪最初面向天体物理测量开发，用于分析极微弱的光子通量。此前，全球X射线源中仅有五台TES光谱仪，其中四台位于美国，一台位于日本。随着BESSY II新仪器投入使用，欧洲用户也拥有了可开展相关实验的同步辐射TES光谱平台。Régis Decker表示，BESSY团队期待用户提交新的研究方案。
