Рентгеновское излучение свободных электронов, падающих на материал Ван-дер-Ваальса.Предоставлено: Технион — Израильский технологический институт.
Исследователи Техниона разработали точные источники излучения, которые, как ожидается, приведут к прорыву в медицинской визуализации и других областях.Они разработали точные источники излучения, которые могут заменить дорогие и громоздкие установки, используемые в настоящее время для таких задач.Предлагаемая установка производит управляемое излучение с узким спектром, которое можно настраивать с высоким разрешением при относительно низких затратах энергии.Полученные результаты, вероятно, приведут к прорыву в различных областях, включая анализ химических и биологических материалов, медицинскую визуализацию, рентгеновское оборудование для проверки безопасности и другие виды использования точных источников рентгеновского излучения.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Photonics, проводилось профессором Идо Каминером и его студентом-магистром Майклом Шентцисом в рамках сотрудничества с несколькими научно-исследовательскими институтами Техниона: электротехническим факультетом Эндрю и Эрны Витерби, Институтом твердого тела, Институт нанотехнологий Рассела Берри (RBNI) и Центр квантовой науки, материи и инженерии Хелен Диллер.

В статье исследователей представлено экспериментальное наблюдение, которое представляет собой первое доказательство концепции теоретических моделей, разработанных за последнее десятилетие в серии основополагающих статей.Первая статья на эту тему также появилась в Nature Photonics.Написанная профессором Каминером во время его постдока в Массачусетском технологическом институте под руководством профессора Марин Солячич и профессора Джона Джоаннопулоса, эта статья теоретически представила, как двумерные материалы могут создавать рентгеновские лучи.По словам профессора Каминера, «эта статья положила начало пути к источникам излучения, основанным на уникальной физике двумерных материалов и их различных комбинаций — гетероструктур.Мы использовали теоретический прорыв, сделанный в этой статье, для разработки серии последующих статей, и теперь мы рады объявить о первом экспериментальном наблюдении создания рентгеновского излучения из таких материалов при точном контроле параметров излучения. ».

Двумерные материалы — это уникальные искусственные структуры, которые взорвали научное сообщество примерно в 2004 году, когда физиками Андреем Геймом и Константином Новоселовым был разработан графен, впоследствии получивший Нобелевскую премию по физике в 2010 году. Графен — это искусственная структура из одна атомная толщина, сделанная из атомов углерода.Первые графеновые структуры были созданы двумя нобелевскими лауреатами путем отделения тонких слоев графита, «пишущего материала» карандаша, с помощью клейкой ленты.Двое ученых и последующие исследователи обнаружили, что графен обладает уникальными и удивительными свойствами, отличными от свойств графита: огромной прочностью, почти полной прозрачностью, электропроводностью и способностью пропускания света, что позволяет испускать излучение — аспект, связанный с настоящей статьей.Эти уникальные свойства делают графен и другие двумерные материалы перспективными для будущих поколений химических и биологических сенсоров, солнечных элементов, полупроводников, мониторов и многого другого.

Другим лауреатом Нобелевской премии, которого следует упомянуть, прежде чем вернуться к настоящему исследованию, является Иоганнес Дидерик ван дер Ваальс, получивший Нобелевскую премию по физике ровно сто лет назад, в 1910 году. Исследования профессора Каминера.Графен также является примером материала vdW, но новое исследование теперь показывает, что другие усовершенствованные материалы vdW более полезны для производства рентгеновских лучей.Исследователи Техниона производили различные материалы vdW и пропускали через них электронные пучки под определенными углами, что приводило к контролируемому и точному излучению рентгеновского излучения.Кроме того, исследователи продемонстрировали точную настройку спектра излучения с беспрецедентным разрешением, используя гибкость при разработке семейств материалов vdW.

Новая статья исследовательской группы содержит экспериментальные результаты и новую теорию, которые вместе обеспечивают доказательство концепции инновационного применения двумерных материалов в качестве компактной системы, производящей контролируемое и точное излучение.

«Эксперимент и теория, которую мы разработали для его объяснения, вносят значительный вклад в изучение взаимодействий света и вещества и открывают путь для различных приложений в рентгеновской визуализации (например, в медицинской рентгенографии), рентгеновской спектроскопии, используемой для характеристики материалов и будущих квантовых источников света в рентгеновском режиме», — сказал профессор Каминер.