Εκπομπή ακτίνων Χ από ελεύθερα ηλεκτρόνια που προσκρούουν σε υλικό van der Waals.Πίστωση: Technion – Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ισραήλ
Οι ερευνητές της Technion έχουν αναπτύξει ακριβείς πηγές ακτινοβολίας που αναμένεται να οδηγήσουν σε ανακαλύψεις στην ιατρική απεικόνιση και σε άλλους τομείς.Έχουν αναπτύξει ακριβείς πηγές ακτινοβολίας που μπορεί να αντικαταστήσουν τις ακριβές και δυσκίνητες εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για τέτοιες εργασίες.Η προτεινόμενη συσκευή παράγει ελεγχόμενη ακτινοβολία με στενό φάσμα που μπορεί να συντονιστεί με υψηλή ανάλυση, με σχετικά χαμηλή επένδυση ενέργειας.Τα ευρήματα είναι πιθανό να οδηγήσουν σε ανακαλύψεις σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης χημικών και βιολογικών υλικών, ιατρικής απεικόνισης, εξοπλισμού ακτίνων Χ για έλεγχο ασφαλείας και άλλες χρήσεις ακριβών πηγών ακτίνων Χ.

Δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Photonics, η μελέτη διεξήχθη από τον καθηγητή Ido Kaminer και τον φοιτητή του μεταπτυχιακού Michael Shentcis ως μέρος μιας συνεργασίας με διάφορα ερευνητικά ινστιτούτα στο Technion: τη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Andrew and Erna Viterbi, το Solid State Institute, το Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) και το Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

Η εργασία των ερευνητών δείχνει μια πειραματική παρατήρηση που παρέχει την πρώτη απόδειξη της ιδέας για θεωρητικά μοντέλα που αναπτύχθηκαν την τελευταία δεκαετία σε μια σειρά ιδρυτικών άρθρων.Το πρώτο άρθρο για το θέμα εμφανίστηκε επίσης στο Nature Photonics.Γράφτηκε από τον καθηγητή Kaminer κατά τη διάρκεια του μεταδιδακτορικού του στο MIT, υπό την επίβλεψη των Καθηγητών Marin Soljacic και Καθ. John Joannopoulos, η εργασία αυτή παρουσίαζε θεωρητικά πώς τα δισδιάστατα υλικά μπορούν να δημιουργήσουν ακτίνες Χ.Σύμφωνα με τον καθηγητή Kaminer, «αυτό το άρθρο σηματοδότησε την αρχή ενός ταξιδιού προς τις πηγές ακτινοβολίας που βασίζεται στη μοναδική φυσική των δισδιάστατων υλικών και των διαφόρων συνδυασμών τους - ετεροδομών.Έχουμε βασιστεί στη θεωρητική ανακάλυψη από αυτό το άρθρο για να αναπτύξουμε μια σειρά άρθρων παρακολούθησης, και τώρα, είμαστε ενθουσιασμένοι που ανακοινώνουμε την πρώτη πειραματική παρατήρηση σχετικά με τη δημιουργία ακτινοβολίας ακτίνων Χ από τέτοια υλικά, ενώ ελέγχουμε ακριβώς τις παραμέτρους ακτινοβολίας .»

Τα δισδιάστατα υλικά είναι μοναδικές τεχνητές δομές που κατέστρεψαν την επιστημονική κοινότητα γύρω στο 2004 με την ανάπτυξη του γραφενίου από τους φυσικούς Andre Geim και Konstantin Novoselov, οι οποίοι αργότερα κέρδισαν το Νόμπελ Φυσικής το 2010. Το γραφένιο είναι μια τεχνητή δομή ενιαίο ατομικό πάχος κατασκευασμένο από άτομα άνθρακα.Οι πρώτες δομές γραφενίου δημιουργήθηκαν από τους δύο βραβευθέντες με Νόμπελ ξεφλουδίζοντας λεπτά στρώματα γραφίτη, το «υλικό γραφής» του μολυβιού, χρησιμοποιώντας κολλητική ταινία.Οι δύο επιστήμονες και οι επόμενοι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το γραφένιο έχει μοναδικές και εκπληκτικές ιδιότητες που διαφέρουν από τις ιδιότητες του γραφίτη: τεράστια δύναμη, σχεδόν πλήρης διαφάνεια, ηλεκτρική αγωγιμότητα και ικανότητα μετάδοσης φωτός που επιτρέπει την εκπομπή ακτινοβολίας - μια πτυχή που σχετίζεται με το παρόν άρθρο.Αυτά τα μοναδικά χαρακτηριστικά καθιστούν το γραφένιο και άλλα δισδιάστατα υλικά πολλά υποσχόμενα για τις μελλοντικές γενιές χημικών και βιολογικών αισθητήρων, ηλιακών κυττάρων, ημιαγωγών, οθονών και πολλά άλλα.

Ένας άλλος νομπελίστας που πρέπει να αναφερθεί πριν επιστρέψουμε στην παρούσα μελέτη είναι ο Johannes Diderik van der Waals, ο οποίος κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής ακριβώς εκατό χρόνια νωρίτερα, το 1910. Τα υλικά που τώρα φέρουν το όνομά του—υλικά vdW—είναι στο επίκεντρο Έρευνα του καθ. Kaminer.Το γραφένιο είναι επίσης ένα παράδειγμα υλικού vdW, αλλά η νέα μελέτη διαπιστώνει τώρα ότι άλλα προηγμένα υλικά vdW είναι πιο χρήσιμα για την παραγωγή ακτίνων Χ.Οι ερευνητές της Technion έχουν παραγάγει διαφορετικά υλικά vdW και έχουν στείλει δέσμες ηλεκτρονίων μέσω αυτών σε συγκεκριμένες γωνίες που οδήγησαν σε εκπομπή ακτίνων Χ με ελεγχόμενο και ακριβή τρόπο.Επιπλέον, οι ερευνητές επέδειξαν ακριβή συντονισμό του φάσματος ακτινοβολίας σε άνευ προηγουμένου ανάλυση, χρησιμοποιώντας την ευελιξία στο σχεδιασμό των οικογενειών υλικών vdW.

Το νέο άρθρο της ερευνητικής ομάδας περιέχει πειραματικά αποτελέσματα και νέα θεωρία που μαζί παρέχουν μια απόδειξη της ιδέας για μια καινοτόμο εφαρμογή δισδιάστατων υλικών ως ένα συμπαγές σύστημα που παράγει ελεγχόμενη και ακριβή ακτινοβολία.

«Το πείραμα και η θεωρία που αναπτύξαμε για να το εξηγήσουμε συμβάλλουν σημαντικά στη μελέτη των αλληλεπιδράσεων φωτός-ύλης και ανοίγουν το δρόμο για ποικίλες εφαρμογές στην απεικόνιση ακτίνων Χ (ιατρικές ακτίνες Χ, για παράδειγμα), φασματοσκοπία ακτίνων Χ που χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό υλικών και μελλοντικών κβαντικών πηγών φωτός στο καθεστώς ακτίνων Χ», είπε ο καθηγητής Kaminer.