Emisia de raze X de către electronii liberi care afectează un material van der Waals.Credit: Technion – Institutul de Tehnologie din Israel
Cercetătorii Technion au dezvoltat surse precise de radiații care se așteaptă să conducă la descoperiri în imagistica medicală și în alte domenii.Ei au dezvoltat surse precise de radiații care pot înlocui instalațiile costisitoare și greoaie utilizate în prezent pentru astfel de sarcini.Aparatul sugerat produce radiații controlate cu un spectru îngust care poate fi reglat cu rezoluție înaltă, la o investiție energetică relativ scăzută.Descoperirile vor conduce probabil la descoperiri într-o varietate de domenii, inclusiv analiza substanțelor chimice și a materialelor biologice, imagistica medicală, echipamentele cu raze X pentru screening de securitate și alte utilizări ale surselor de raze X precise.

Publicat în revista Nature Photonics, studiul a fost condus de profesorul Ido Kaminer și studentul său de master Michael Shentcis, ca parte a unei colaborări cu mai multe institute de cercetare de la Technion: Facultatea de Inginerie Electrică Andrew și Erna Viterbi, Institutul Solid State, Institutul de Nanotehnologie Russell Berrie (RBNI) și Centrul Helen Diller pentru Știință Cuantică, Materie și Inginerie.

Lucrarea cercetătorilor arată o observație experimentală care oferă prima dovadă de concept pentru modelele teoretice dezvoltate în ultimul deceniu într-o serie de articole constitutive.Primul articol pe acest subiect a apărut și în Nature Photonics.Scrisă de Prof. Kaminer în timpul postdoc-ului său la MIT, sub supravegherea Prof. Marin Soljacic și Prof. John Joannopoulos, lucrarea a prezentat teoretic modul în care materialele bidimensionale pot crea raze X.Potrivit prof. Kaminer, „acel articol a marcat începutul unei călătorii către sursele de radiații bazate pe fizica unică a materialelor bidimensionale și a diferitelor combinații ale acestora – heterostructuri.Ne-am bazat pe descoperirea teoretică de la acel articol pentru a dezvolta o serie de articole ulterioare, iar acum suntem încântați să anunțăm prima observație experimentală privind crearea de radiații cu raze X din astfel de materiale, controlând în același timp cu precizie parametrii de radiație. .”

Materialele bidimensionale sunt structuri artificiale unice care au luat cu asalt comunitatea științifică în jurul anului 2004, odată cu dezvoltarea grafenului de către fizicienii Andre Geim și Konstantin Novoselov, care ulterior au câștigat Premiul Nobel pentru Fizică în 2010. Grafenul este o structură artificială a unui o singură grosime atomică formată din atomi de carbon.Primele structuri de grafen au fost create de cei doi laureați ai Premiului Nobel prin desprinderea straturilor subțiri de grafit, „materialul de scris” al creionului, folosind bandă adezivă.Cei doi oameni de știință și cercetătorii ulterioare au descoperit că grafenul are proprietăți unice și surprinzătoare, care sunt diferite de proprietățile grafitului: rezistență imensă, transparență aproape completă, conductivitate electrică și capacitate de transmitere a luminii care permite emisia de radiații - un aspect legat de articolul de față.Aceste caracteristici unice fac ca grafenul și alte materiale bidimensionale să fie promițătoare pentru generațiile viitoare de senzori chimici și biologici, celule solare, semiconductori, monitoare și multe altele.

Un alt laureat al Premiului Nobel care ar trebui menționat înainte de a reveni la studiul de față este Johannes Diderik van der Waals, care a câștigat Premiul Nobel pentru Fizică cu exact o sută de ani mai devreme, în 1910. Materialele care îi poartă acum numele — materialele vdW — sunt în centrul atenției. Cercetarea prof. Kaminer.Grafenul este, de asemenea, un exemplu de material vdW, dar noul studiu constată acum că alte materiale vdW avansate sunt mai utile în scopul producerii de raze X.Cercetătorii Technion au produs diferite materiale vdW și au trimis fascicule de electroni prin ele la unghiuri specifice care au condus la emisia de raze X într-un mod controlat și precis.În plus, cercetătorii au demonstrat ajustabilitatea precisă a spectrului de radiații la o rezoluție fără precedent, utilizând flexibilitatea în proiectarea familiilor de materiale vdW.

Noul articol al grupului de cercetare conține rezultate experimentale și o nouă teorie care oferă împreună o dovadă de concept pentru o aplicare inovatoare a materialelor bidimensionale ca un sistem compact care produce radiații controlate și precise.

„Experimentul și teoria pe care le-am dezvoltat pentru a-l explica au o contribuție semnificativă la studiul interacțiunilor lumină-materie și deschid calea pentru aplicații variate în imagistica cu raze X (raze X medicale, de exemplu), spectroscopie cu raze X utilizată. pentru a caracteriza materialele și viitoarele surse de lumină cuantică în regim de raze X”, a spus prof. Kaminer.