Röntgenová emisia voľných elektrónov dopadajúcich na van der Waalsov materiál.Kredit: Technion – Izraelský technologický inštitút
Výskumníci spoločnosti Technion vyvinuli presné zdroje žiarenia, od ktorých sa očakáva, že povedú k prelomom v medicínskom zobrazovaní a iných oblastiach.Vyvinuli presné zdroje žiarenia, ktoré môžu nahradiť drahé a ťažkopádne zariadenia, ktoré sa v súčasnosti na takéto úlohy používajú.Navrhovaný prístroj produkuje riadené žiarenie s úzkym spektrom, ktoré môže byť ladené s vysokým rozlíšením, pri relatívne nízkej energetickej investícii.Zistenia pravdepodobne povedú k prelomom v rôznych oblastiach, vrátane analýzy chemikálií a biologických materiálov, lekárskeho zobrazovania, röntgenových zariadení na bezpečnostnú previerku a iného použitia presných röntgenových zdrojov.

Štúdiu, publikovanú v časopise Nature Photonics, viedli profesor Ido Kaminer a jeho magisterský študent Michael Shentcis v rámci spolupráce s niekoľkými výskumnými ústavmi v Technione: Elektrotechnickou fakultou Andrewa a Erny Viterbi, Ústavom pevných látok, Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) a Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

Práca výskumníkov ukazuje experimentálne pozorovanie, ktoré poskytuje prvý dôkaz koncepcie pre teoretické modely vyvinuté za posledné desaťročie v sérii základných článkov.Prvý článok na túto tému sa objavil aj v Nature Photonics.Napísal Prof. Kaminer počas svojho postdoktorandského štúdia na MIT, pod dohľadom Prof. Marina Soljacica a Prof. Johna Joannopoulosa, tento článok teoreticky prezentoval, ako môžu dvojrozmerné materiály vytvárať röntgenové lúče.Podľa Prof. Kaminera „tento článok znamenal začiatok cesty k zdrojom žiarenia založeným na jedinečnej fyzike dvojrozmerných materiálov a ich rôznych kombináciách – heteroštruktúrach.Vychádzali sme z teoretického prielomu z tohto článku, aby sme vyvinuli sériu nadväzujúcich článkov, a teraz sme nadšení, že môžeme oznámiť prvé experimentálne pozorovanie o vytváraní röntgenového žiarenia z takýchto materiálov, pričom presne kontrolujeme parametre žiarenia. .“

Dvojrozmerné materiály sú jedinečné umelé štruktúry, ktoré vzali vedeckú komunitu útokom okolo roku 2004, keď fyzik Andre Geim a Konstantin Novoselov vyvinuli grafén, ktorý neskôr v roku 2010 získal Nobelovu cenu za fyziku. Grafén je umelá štruktúra hrúbka jedného atómu vyrobená z atómov uhlíka.Prvé grafénové štruktúry vytvorili dvaja laureáti Nobelovej ceny odlúpnutím tenkých vrstiev grafitu, „materiálu na písanie“ ceruzky, pomocou lepiacej pásky.Dvaja vedci a následní výskumníci zistili, že grafén má jedinečné a prekvapivé vlastnosti, ktoré sa líšia od vlastností grafitu: obrovskú pevnosť, takmer úplnú priehľadnosť, elektrickú vodivosť a schopnosť prenášať svetlo, ktorá umožňuje emisiu žiarenia – aspekt súvisiaci s týmto článkom.Vďaka týmto jedinečným vlastnostiam je grafén a ďalšie dvojrozmerné materiály sľubné pre budúce generácie chemických a biologických senzorov, solárnych článkov, polovodičov, monitorov a ďalších.

Ďalším nositeľom Nobelovej ceny, o ktorom sa treba zmieniť pred návratom k tejto štúdii, je Johannes Diderik van der Waals, ktorý získal Nobelovu cenu za fyziku presne pred sto rokmi, v roku 1910. Materiály, ktoré sú teraz po ňom pomenované – materiály vdW – sú stredobodom záujmu Výskum prof. Kaminera.Grafén je tiež príkladom materiálu vdW, ale nová štúdia teraz zistila, že iné pokročilé materiály vdW sú užitočnejšie na účely výroby röntgenových lúčov.Výskumníci Technion vyrobili rôzne materiály vdW a poslali cez ne elektrónové lúče v špecifických uhloch, ktoré viedli k röntgenovej emisii kontrolovaným a presným spôsobom.Okrem toho výskumníci preukázali presnú laditeľnosť spektra žiarenia pri bezprecedentnom rozlíšení s využitím flexibility pri navrhovaní rodín materiálov vdW.

Nový článok výskumnej skupiny obsahuje experimentálne výsledky a novú teóriu, ktoré spolu poskytujú dôkaz o koncepcii inovatívnej aplikácie dvojrozmerných materiálov ako kompaktného systému, ktorý produkuje kontrolované a presné žiarenie.

„Experiment a teória, ktorú sme vyvinuli, aby sme to vysvetlili, významne prispievajú k štúdiu interakcií svetla a hmoty a pripravujú cestu pre rôzne aplikácie v röntgenovom zobrazovaní (napríklad lekárske röntgenové žiarenie), používa sa röntgenová spektroskopia. na charakterizáciu materiálov a budúcich kvantových svetelných zdrojov v röntgenovom režime,“ povedal prof. Kaminer.