随着技术逐年成熟，科学家已能利用电子显微镜、量子显微镜在原子尺度下进行各种成像。 现在，科学家带来第一张单原子 X 射线特写镜头，还测量原子化学状态，将对环境与医学科学领域产生重大影响。
原子尺度成像最早出现于1950年代中期，此后开始迅速发展，2008年，物理学家成功使用电子显微镜对单个氢原子进行成像; 5年后，科学家使用量子显微镜观察氢原子内部，首次直接观察到电子轨道。
X 射线一个重要科学用途是判别样本材料的类型，从医学设备、机场安检到火星探测器都可见到X射线设备，但X射线从1895年发现至今已将近130年，从未能拿来检测到单原子。 一般来说，原子虽然可以用扫描探针显微镜（Scanning probe microscopy，SPM）进行常规成像，但若没有 X 射线，就无法判断它们由什么构成。
最近，来自俄亥俄大学、美国阿贡国家实验室、伊利诺大学芝加哥分校的科学家结合同步加速器 X 射线源与扫描探针显微镜技术，首次以 X 射线拍摄单原子并测量一些关键特性，透过比较铁原子、铽原子在各分子内的化学状态，研究人员发现稀土金属铽原子相当孤立，不会改变化学状态，但铁原子强烈与周围相互作用。
许多稀土材料用于日常设备，包括手机、计算机、电视等，新的研究让科学家不仅可以判断元素类型，还可以识别化学状态，从而可更良好操纵不同材料内部的原子，这将对环境科学、医学、量子讯息等领域产生重大影响。
