Van der Waalsin materiaaliin törmäävien vapaiden elektronien röntgensäteily.Luotto: Technion – Israel Institute of Technology
Technion tutkijat ovat kehittäneet tarkkoja säteilylähteitä, joiden odotetaan johtavan läpimurtoihin lääketieteellisessä kuvantamisessa ja muilla aloilla.He ovat kehittäneet tarkkoja säteilylähteitä, jotka voivat korvata tällaisiin tehtäviin tällä hetkellä käytetyt kalliit ja hankalat tilat.Ehdotettu laite tuottaa hallittua säteilyä kapealla spektrillä, joka voidaan virittää korkealla resoluutiolla suhteellisen pienellä energiainvestoinnilla.Löydökset johtavat todennäköisesti läpimurtoihin useilla aloilla, mukaan lukien kemikaalien ja biologisten materiaalien analyysi, lääketieteellinen kuvantaminen, röntgenlaitteet turvatarkastuksia varten ja muut tarkkojen röntgenlähteiden käyttötavat.

Nature Photonics -lehdessä julkaistua tutkimusta johtivat professori Ido Kaminer ja hänen maisteriopiskelijansa Michael Shentcis osana yhteistyötä useiden Technionin tutkimuslaitosten kanssa: Andrew ja Erna Viterbin sähkötekniikan tiedekunnan, Solid State Instituten, Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) ja Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

Tutkijoiden artikkelissa esitetään kokeellinen havainto, joka tarjoaa ensimmäisen konseptin todisteen teoreettisille malleille, jotka on kehitetty viimeisen vuosikymmenen aikana konstitutiivisissa artikkeleissa.Ensimmäinen artikkeli aiheesta ilmestyi myös Nature Photonicsissa.Professori Kaminerin kirjoittama MIT:n postdocin aikana, professori Marin Soljacicin ja professori John Joannopoulosin johdolla, esiteltiin teoreettisesti, kuinka kaksiulotteiset materiaalit voivat luoda röntgensäteitä.Professori Kaminerin mukaan "tuo artikkeli merkitsi alkua matkalle kohti säteilylähteitä, jotka perustuvat kaksiulotteisten materiaalien ja niiden erilaisten yhdistelmien - heterorakenteiden - ainutlaatuiseen fysiikkaan.Olemme rakentaneet tämän artikkelin teoreettisen läpimurron pohjalta jatkoartikkeleiden sarjan, ja nyt olemme innoissamme voidessamme ilmoittaa ensimmäisestä kokeellisesta havainnosta röntgensäteilyn luomisesta tällaisista materiaaleista samalla kun valvomme tarkasti säteilyparametreja. .”

Kaksiulotteiset materiaalit ovat ainutlaatuisia keinotekoisia rakenteita, jotka valloittivat tiedeyhteisön myrskyn ympärillä vuoden 2004 tienoilla fyysikot Andre Geimin ja Konstantin Novoselovin kehittäessä grafeenia, joka voitti myöhemmin fysiikan Nobelin vuonna 2010. Grafeeni on keinotekoinen rakennelma yhden atomin paksuus valmistettu hiiliatomeista.Ensimmäiset grafeenirakenteet loivat kaksi Nobel-palkittua kuorimalla ohuita kerroksia grafiittia, lyijykynän "kirjoitusmateriaalia", ilmateipillä.Kaksi tutkijaa ja myöhemmät tutkijat havaitsivat, että grafeenilla on ainutlaatuisia ja yllättäviä ominaisuuksia, jotka eroavat grafiitin ominaisuuksista: valtava lujuus, lähes täydellinen läpinäkyvyys, sähkönjohtavuus ja valonläpäisykyky, joka mahdollistaa säteilyn - tähän artikkeliin liittyvä näkökohta.Nämä ainutlaatuiset ominaisuudet tekevät grafeenista ja muista kaksiulotteisista materiaaleista lupaavia tuleville sukupolville kemiallisille ja biologisille antureille, aurinkokennoille, puolijohteille, monitoreille ja muille.

Toinen Nobel-palkittu, joka tulee mainita ennen kuin palataan tähän tutkimukseen, on Johannes Diderik van der Waals, joka voitti fysiikan Nobelin palkinnon tasan sata vuotta aiemmin, vuonna 1910. Hänen mukaansa nyt nimetyt materiaalit – vdW-materiaalit – ovat tutkimuksen painopisteitä. Professori Kaminerin tutkimus.Grafeeni on myös esimerkki vdW-materiaalista, mutta uudessa tutkimuksessa havaitaan nyt, että muut edistyneet vdW-materiaalit ovat hyödyllisempiä röntgensäteiden tuottamiseen.Technion-tutkijat ovat tuottaneet erilaisia ​​vdW-materiaaleja ja lähettäneet niiden läpi elektronisäteitä tietyissä kulmissa, jotka ovat johtaneet röntgensäteilyyn hallitusti ja tarkasti.Lisäksi tutkijat osoittivat säteilyspektrin tarkan viritettävyyden ennennäkemättömällä resoluutiolla hyödyntäen joustavuutta vdW-materiaaliperheiden suunnittelussa.

Tutkimusryhmän uusi artikkeli sisältää kokeellisia tuloksia ja uutta teoriaa, jotka yhdessä tarjoavat konseptin kaksiulotteisten materiaalien innovatiiviselle sovellukselle kompaktina järjestelmänä, joka tuottaa hallittua ja tarkkaa säteilyä.

"Kokee ja teoria, jonka kehitimme sen selittämiseksi, antavat merkittävän panoksen valo-aineen vuorovaikutusten tutkimukseen ja tasoittavat tietä erilaisille sovelluksille röntgenkuvauksessa (esim. lääketieteellinen röntgen), röntgenspektroskopiassa. materiaalien ja tulevien kvanttivalonlähteiden karakterisoimiseksi röntgenkuvauksessa", sanoi prof. Kaminer.