Røntgenstråling fra frie elektroner som treffer et van der Waals-materiale.Kreditt: Technion – Israel Institute of Technology
Technion-forskere har utviklet nøyaktige strålekilder som forventes å føre til gjennombrudd innen medisinsk bildebehandling og andre områder.De har utviklet presise strålekilder som kan erstatte de dyre og tungvinte anleggene som i dag brukes til slike oppgaver.Det foreslåtte apparatet produserer kontrollert stråling med et smalt spektrum som kan stilles inn med høy oppløsning, med en relativt lav energiinvestering.Funnene vil sannsynligvis føre til gjennombrudd på en rekke felt, inkludert analyse av kjemikalier og biologiske materialer, medisinsk bildebehandling, røntgenutstyr for sikkerhetskontroll og annen bruk av nøyaktige røntgenkilder.

Publisert i tidsskriftet Nature Photonics, ble studien ledet av professor Ido Kaminer og hans masterstudent Michael Shentcis som en del av et samarbeid med flere forskningsinstitutter ved Technion: Andrew og Erna Viterbi-fakultetet for elektroteknikk, Solid State Institute, Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI), og Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

Forskernes artikkel viser en eksperimentell observasjon som gir det første proof-of-concept for teoretiske modeller utviklet i løpet av det siste tiåret i en serie konstitutive artikler.Den første artikkelen om emnet dukket også opp i Nature Photonics.Skrevet av Prof. Kaminer under sin postdoktorgrad ved MIT, under veiledning av Prof. Marin Soljacic og Prof. John Joannopoulos, presenterte denne artikkelen teoretisk hvordan todimensjonale materialer kan skape røntgenstråler.Ifølge prof. Kaminer, "markerte denne artikkelen begynnelsen på en reise mot strålingskilder basert på den unike fysikken til todimensjonale materialer og deres ulike kombinasjoner - heterostrukturer.Vi har bygget videre på det teoretiske gjennombruddet fra den artikkelen for å utvikle en serie oppfølgingsartikler, og nå er vi glade for å kunngjøre den første eksperimentelle observasjonen på dannelsen av røntgenstråling fra slike materialer, mens vi kontrollerer strålingsparametrene nøyaktig. ."

Todimensjonale materialer er unike kunstige strukturer som tok det vitenskapelige miljøet med storm rundt år 2004 med utviklingen av grafen av fysikerne Andre Geim og Konstantin Novoselov, som senere vant Nobelprisen i fysikk i 2010. Grafen er en kunstig struktur av en enkeltatomtykkelse laget av karbonatomer.De første grafenstrukturene ble skapt av de to nobelprisvinnerne ved å skrelle av tynne lag med grafitt, "skrivematerialet" til blyanten, ved hjelp av gaffatape.De to forskerne og påfølgende forskerne oppdaget at grafen har unike og overraskende egenskaper som er forskjellige fra grafittegenskaper: enorm styrke, nesten fullstendig gjennomsiktighet, elektrisk ledningsevne og lysoverføringsevne som tillater strålingsutslipp - et aspekt relatert til denne artikkelen.Disse unike egenskapene gjør grafen og andre todimensjonale materialer lovende for fremtidige generasjoner av kjemiske og biologiske sensorer, solceller, halvledere, monitorer og mer.

En annen nobelprisvinner som bør nevnes før han går tilbake til denne studien er Johannes Diderik van der Waals, som vant Nobelprisen i fysikk nøyaktig hundre år tidligere, i 1910. Materialene som nå er oppkalt etter ham – vdW-materialer – er i fokus for Prof. Kaminer sin forskning.Grafen er også et eksempel på et vdW-materiale, men den nye studien finner nå at andre avanserte vdW-materialer er mer nyttige for det formål å produsere røntgenstråler.Technion-forskerne har produsert forskjellige vdW-materialer og sendt elektronstråler gjennom dem i bestemte vinkler som førte til røntgenstråling på en kontrollert og nøyaktig måte.Videre demonstrerte forskerne nøyaktig avstemming av strålingsspekteret med enestående oppløsning, ved å utnytte fleksibiliteten i utformingen av familier av vdW-materialer.

Den nye artikkelen til forskergruppen inneholder eksperimentelle resultater og ny teori som sammen gir et proof-of-concept for en innovativ anvendelse av todimensjonale materialer som et kompakt system som produserer kontrollert og nøyaktig stråling.

"Eksperimentet og teorien vi utviklet for å forklare det gir et betydelig bidrag til studiet av lys-materie-interaksjoner og baner vei for varierte anvendelser innen røntgenavbildning (medisinsk røntgen, for eksempel), røntgenspektroskopi brukt for å karakterisere materialer og fremtidige kvantelyskilder i røntgenregimet,” sa prof. Kaminer.