Рентгенівське випромінювання вільних електронів, що стикаються з матеріалом Ван-дер-Ваальса.Авторство: Technion – Ізраїльський технологічний інститут
Дослідники Technion розробили точні джерела випромінювання, які, як очікується, призведуть до прориву в медичній візуалізації та інших сферах.Вони розробили точні джерела випромінювання, які можуть замінити дорогі та громіздкі засоби, які зараз використовуються для таких завдань.Запропонований апарат виробляє контрольоване випромінювання з вузьким спектром, яке можна налаштувати з високою роздільною здатністю за відносно низьких витрат енергії.Отримані висновки, ймовірно, призведуть до прориву в різних галузях, включаючи аналіз хімічних речовин і біологічних матеріалів, медичну візуалізацію, рентгенівське обладнання для перевірки безпеки та інші способи використання точних джерел рентгенівського випромінювання.

Дослідження, опубліковане в журналі Nature Photonics, проводилося під керівництвом професора Ідо Камінера та його студента магістра Майкла Шентчіса в рамках співпраці з кількома дослідницькими інститутами Техніону: факультетом електротехніки Ендрю та Ерни Вітербі, Інститутом твердого тіла, Інститут нанотехнологій Рассела Беррі (RBNI) і Центр квантової науки, матерії та техніки Хелен Діллер.

Стаття дослідників демонструє експериментальне спостереження, яке забезпечує перше підтвердження концепції теоретичних моделей, розроблених протягом останнього десятиліття в серії основних статей.Перша стаття на цю тему також з'явилася в Nature Photonics.У статті, написаній професором Камінером під час постдокторації в Массачусетському технологічному інституті під керівництвом професора Маріна Солячіча та професора Джона Джоаннопулоса, теоретично представлено, як двовимірні матеріали можуть створювати рентгенівські промені.За словами професора Камінера, «ця стаття ознаменувала початок шляху до джерел випромінювання, заснованих на унікальній фізиці двовимірних матеріалів та їх різноманітних комбінаціях — гетероструктурах.Ми спиралися на теоретичний прорив цієї статті, щоб розробити серію подальших статей, і тепер ми раді оголосити про перше експериментальне спостереження за створенням рентгенівського випромінювання з таких матеріалів, точно контролюючи параметри випромінювання. .”

Двовимірні матеріали — це унікальні штучні структури, які вразили наукову спільноту приблизно в 2004 році, коли фізики Андре Гейм і Костянтин Новосьолов розробили графен, який згодом отримав Нобелівську премію з фізики в 2010 році. Графен — це штучна структура одна атомна товщина, виготовлена ​​з атомів вуглецю.Перші графенові структури були створені двома нобелівськими лауреатами шляхом здирання тонких шарів графіту, «матеріалу для писання» олівця, за допомогою клейкої стрічки.Двоє вчених і наступні дослідники виявили, що графен має унікальні та дивовижні властивості, які відрізняються від властивостей графіту: величезна міцність, майже повна прозорість, електропровідність і здатність пропускати світло, що дозволяє випускати випромінювання — аспект, пов’язаний з цією статтею.Ці унікальні особливості роблять графен та інші двовимірні матеріали перспективними для майбутніх поколінь хімічних і біологічних сенсорів, сонячних елементів, напівпровідників, моніторів тощо.

Ще один лауреат Нобелівської премії, якого слід згадати перед тим, як повернутися до цього дослідження, — Йоганнес Дідерік ван дер Ваальс, який отримав Нобелівську премію з фізики рівно сто років тому, у 1910 році. Матеріали, названі зараз на його честь — матеріали VDW — є центром уваги Дослідження проф. Камінера.Графен також є прикладом матеріалу VdW, але нове дослідження виявило, що інші передові матеріали VdW більш корисні для отримання рентгенівського випромінювання.Дослідники Technion виготовили різні VdW матеріали та направили через них електронні промені під певними кутами, що призвело до рентгенівського випромінювання контрольованим і точним способом.Крім того, дослідники продемонстрували точне налаштування спектра випромінювання з безпрецедентною роздільною здатністю, використовуючи гнучкість у розробці сімейств матеріалів VdW.

Нова стаття дослідницької групи містить експериментальні результати та нову теорію, які разом забезпечують доказ концепції для інноваційного застосування двовимірних матеріалів як компактної системи, яка створює контрольоване та точне випромінювання.

«Експеримент і теорія, яку ми розробили, щоб пояснити це, роблять значний внесок у вивчення взаємодії світла та матерії та прокладають шлях для різноманітних застосувань у рентгенівських зображеннях (наприклад, медичний рентген), рентгенівській спектроскопії, що використовується щоб охарактеризувати матеріали та майбутні квантові джерела світла в рентгенівському режимі», – сказав професор Камінер.