Røntgen-emission fra frie elektroner, der rammer et van der Waals-materiale.Kredit: Technion – Israel Institute of Technology
Technion-forskere har udviklet nøjagtige strålingskilder, der forventes at føre til gennembrud inden for medicinsk billeddannelse og andre områder.De har udviklet præcise strålingskilder, der kan erstatte de dyre og besværlige faciliteter, der i dag bruges til sådanne opgaver.Det foreslåede apparat producerer kontrolleret stråling med et smalt spektrum, der kan indstilles med høj opløsning til en relativt lav energiinvestering.Resultaterne vil sandsynligvis føre til gennembrud på en række områder, herunder analyse af kemikalier og biologiske materialer, medicinsk billeddannelse, røntgenudstyr til sikkerhedsscreening og anden brug af nøjagtige røntgenkilder.

Udgivet i tidsskriftet Nature Photonics blev undersøgelsen ledet af professor Ido Kaminer og hans kandidatstuderende Michael Shentcis som en del af et samarbejde med flere forskningsinstitutter på Technion: Andrew og Erna Viterbi Fakultet for Elektroteknik, Solid State Institute, Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) og Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

Forskernes papir viser en eksperimentel observation, der giver det første proof-of-concept for teoretiske modeller udviklet i løbet af det sidste årti i en række konstitutive artikler.Den første artikel om emnet dukkede også op i Nature Photonics.Skrevet af Prof. Kaminer under hans postdoc ved MIT, under vejledning af Prof. Marin Soljacic og Prof. John Joannopoulos, præsenterede denne artikel teoretisk, hvordan todimensionelle materialer kan skabe røntgenstråler.Ifølge prof. Kaminer "markerede den artikel begyndelsen på en rejse mod strålingskilder baseret på den unikke fysik af todimensionelle materialer og deres forskellige kombinationer - heterostrukturer.Vi har bygget videre på det teoretiske gennembrud fra den artikel for at udvikle en række opfølgende artikler, og nu er vi glade for at annoncere den første eksperimentelle observation om skabelsen af ​​røntgenstråling fra sådanne materialer, mens vi præcist kontrollerer strålingsparametrene ."

Todimensionelle materialer er unikke kunstige strukturer, der tog det videnskabelige samfund med storm omkring år 2004 med udviklingen af ​​grafen af ​​fysikerne Andre Geim og Konstantin Novoselov, som senere vandt Nobelprisen i fysik i 2010. Grafen er en kunstig struktur af en enkelt atomtykkelse lavet af kulstofatomer.De første grafenstrukturer blev skabt af de to nobelpristagere ved at skrælle tynde lag grafit af, blyantens "skrivemateriale", ved hjælp af gaffatape.De to videnskabsmænd og efterfølgende forskere opdagede, at grafen har unikke og overraskende egenskaber, der er forskellige fra grafitegenskaber: enorm styrke, næsten fuldstændig gennemsigtighed, elektrisk ledningsevne og lystransmissionsevne, der tillader strålingsemission - et aspekt relateret til denne artikel.Disse unikke egenskaber gør grafen og andre todimensionelle materialer lovende for fremtidige generationer af kemiske og biologiske sensorer, solceller, halvledere, monitorer og meget mere.

En anden nobelprismodtager, der bør nævnes, før han vender tilbage til denne undersøgelse, er Johannes Diderik van der Waals, der vandt Nobelprisen i fysik nøjagtigt hundrede år tidligere, i 1910. De materialer, der nu er opkaldt efter ham - vdW-materialer - er i fokus for Prof. Kaminers forskning.Grafen er også et eksempel på et vdW-materiale, men det nye studie viser nu, at andre avancerede vdW-materialer er mere anvendelige til at producere røntgenstråler.Technion-forskerne har produceret forskellige vdW-materialer og sendt elektronstråler igennem dem i bestemte vinkler, der førte til røntgenstråling på en kontrolleret og nøjagtig måde.Desuden demonstrerede forskerne præcis afstemning af strålingsspektret med hidtil uset opløsning ved at udnytte fleksibiliteten til at designe familier af vdW-materialer.

Forskergruppens nye artikel indeholder eksperimentelle resultater og ny teori, der tilsammen giver et proof-of-concept for en innovativ anvendelse af todimensionelle materialer som et kompakt system, der producerer kontrolleret og nøjagtig stråling.

"Eksperimentet og teorien, vi udviklede for at forklare det, yder et væsentligt bidrag til studiet af lys-stof-interaktioner og baner vejen for forskellige anvendelser inden for røntgenbilleddannelse (medicinsk røntgen, for eksempel), røntgenspektroskopi anvendes at karakterisere materialer og fremtidige kvantelyskilder i røntgenregimet,” sagde prof. Kaminer.