Emisja promieniowania rentgenowskiego przez swobodne elektrony uderzające w materiał van der Waalsa.Źródło: Technion – Izraelski Instytut Technologiczny
Badacze firmy Technion opracowali dokładne źródła promieniowania, które mają doprowadzić do przełomu w obrazowaniu medycznym i innych dziedzinach.Opracowali precyzyjne źródła promieniowania, które mogą zastąpić drogie i nieporęczne urządzenia stosowane obecnie do takich zadań.Proponowane urządzenie wytwarza kontrolowane promieniowanie o wąskim widmie, które można dostroić z dużą rozdzielczością przy stosunkowo niskim nakładzie energii.Odkrycia prawdopodobnie doprowadzą do przełomów w różnych dziedzinach, w tym w analizie substancji chemicznych i materiałów biologicznych, obrazowaniu medycznym, sprzęcie rentgenowskim do kontroli bezpieczeństwa i innych zastosowaniach dokładnych źródeł promieniowania rentgenowskiego.

Badanie, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Photonics, było prowadzone przez profesora Ido Kaminera i studenta jego magistra, Michaela Shentcisa, w ramach współpracy z kilkoma instytutami badawczymi Technion: Wydziałem Inżynierii Elektrycznej im. Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) oraz Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

Artykuł naukowców przedstawia eksperymentalną obserwację, która stanowi pierwszy dowód słuszności koncepcji modeli teoretycznych opracowanych w ciągu ostatniej dekady w serii artykułów konstytutywnych.Pierwszy artykuł na ten temat ukazał się również w Nature Photonics.Napisany przez prof. Kaminera podczas jego postdoc w MIT, pod kierunkiem prof. Marina Soljacic i prof.Zdaniem prof. Kaminera „artykuł ten zapoczątkował podróż w kierunku źródeł promieniowania opartych na unikalnej fizyce materiałów dwuwymiarowych i ich różnych kombinacji – heterostruktur.Opierając się na teoretycznym przełomie z tego artykułu, opracowaliśmy serię kolejnych artykułów, a teraz z radością ogłaszamy pierwszą obserwację eksperymentalną dotyczącą tworzenia promieniowania rentgenowskiego z takich materiałów, przy jednoczesnym precyzyjnym kontrolowaniu parametrów promieniowania ”.

Materiały dwuwymiarowe to unikalne sztuczne struktury, które szturmem podbiły społeczność naukową około 2004 roku wraz z wynalezieniem grafenu przez fizyków Andre Geima i Konstantina Novoselova, którzy później zdobyli Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2010 roku. Grafen to sztuczna struktura pojedyncza grubość atomowa złożona z atomów węgla.Pierwsze struktury grafenowe zostały stworzone przez dwóch laureatów Nagrody Nobla poprzez zdzieranie cienkich warstw grafitu, „materiału piśmienniczego” ołówka, za pomocą taśmy klejącej.Dwóch naukowców i późniejszych badaczy odkryło, że grafen ma unikalne i zaskakujące właściwości, które różnią się od właściwości grafitu: ogromną wytrzymałość, prawie całkowitą przezroczystość, przewodnictwo elektryczne i zdolność przepuszczania światła, która umożliwia emisję promieniowania - aspekt związany z niniejszym artykułem.Te unikalne cechy sprawiają, że grafen i inne materiały dwuwymiarowe są obiecujące dla przyszłych generacji czujników chemicznych i biologicznych, ogniw słonecznych, półprzewodników, monitorów i nie tylko.

Kolejnym laureatem Nagrody Nobla, o którym należy wspomnieć przed powrotem do niniejszego opracowania, jest Johannes Diderik van der Waals, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki dokładnie sto lat wcześniej, w 1910 roku. Badania prof. Kaminera.Grafen jest również przykładem materiału vdW, ale nowe badanie wykazało, że inne zaawansowane materiały vdW są bardziej przydatne do wytwarzania promieni rentgenowskich.Naukowcy Technion wyprodukowali różne materiały vdW i przesłali przez nie wiązki elektronów pod określonymi kątami, co doprowadziło do emisji promieniowania rentgenowskiego w kontrolowany i dokładny sposób.Co więcej, naukowcy wykazali precyzyjną przestrajalność widma promieniowania w niespotykanej dotąd rozdzielczości, wykorzystując elastyczność w projektowaniu rodzin materiałów vdW.

Nowy artykuł grupy badawczej zawiera wyniki eksperymentów i nową teorię, które razem stanowią dowód słuszności koncepcji innowacyjnego zastosowania materiałów dwuwymiarowych jako zwartego systemu wytwarzającego kontrolowane i dokładne promieniowanie.

„Eksperyment i teoria, którą opracowaliśmy, aby go wyjaśnić, wnoszą znaczący wkład w badanie interakcji światła z materią i torują drogę różnym zastosowaniom w obrazowaniu rentgenowskim (na przykład rentgen medyczny), spektroskopii rentgenowskiej stosowanej do charakteryzowania materiałów i przyszłych kwantowych źródeł światła w reżimie rentgenowskim” – mówi prof. Kaminer.