X-straal-emissie deur vrye elektrone wat op 'n Van der Waals-materiaal inval.Krediet: Technion – Israel Institute of Technology
Tegnion-navorsers het akkurate bestralingsbronne ontwikkel wat na verwagting tot deurbrake in mediese beelding en ander gebiede sal lei.Hulle het presiese bestralingsbronne ontwikkel wat die duur en omslagtige fasiliteite wat tans vir sulke take gebruik word, kan vervang.Die voorgestelde apparaat produseer beheerde straling met 'n smal spektrum wat met 'n hoë resolusie, teen 'n relatief lae energie-investering ingestel kan word.Die bevindinge sal waarskynlik lei tot deurbrake in 'n verskeidenheid velde, insluitend die ontleding van chemikalieë en biologiese materiale, mediese beeldvorming, X-straaltoerusting vir sekuriteitsondersoeke en ander gebruike van akkurate X-straalbronne.

Gepubliseer in die joernaal Nature Photonics, is die studie gelei deur professor Ido Kaminer en sy meestersgraadstudent Michael Shentcis as deel van 'n samewerking met verskeie navorsingsinstitute by die Technion: die Andrew en Erna Viterbi Fakulteit Elektriese Ingenieurswese, die Solid State Institute, die Russell Berrie Nanotegnologie-instituut (RBNI), en die Helen Diller-sentrum vir kwantumwetenskap, materie en ingenieurswese.

Die navorsers se referaat toon 'n eksperimentele waarneming wat die eerste bewys-van-konsep verskaf vir teoretiese modelle wat oor die afgelope dekade ontwikkel is in 'n reeks konstitutiewe artikels.Die eerste artikel oor die onderwerp het ook in Nature Photonics verskyn.Geskryf deur prof. Kaminer tydens sy nadoktoraat by MIT, onder leiding van prof. Marin Soljacic en prof. John Joannopoulos, het daardie referaat teoreties voorgestel hoe tweedimensionele materiale X-strale kan skep.Volgens prof. Kaminer was daardie artikel die begin van 'n reis na stralingsbronne gebaseer op die unieke fisika van tweedimensionele materiale en hul verskillende kombinasies—heterostrukture.Ons het voortgebou op die teoretiese deurbraak van daardie artikel om 'n reeks opvolgartikels te ontwikkel, en nou is ons opgewonde om die eerste eksperimentele waarneming oor die skepping van X-straalstraling uit sulke materiale aan te kondig, terwyl ons die stralingsparameters presies beheer .”

Tweedimensionele materiale is unieke kunsmatige strukture wat die wetenskaplike gemeenskap rondom die jaar 2004 met die ontwikkeling van grafeen deur die fisici Andre Geim en Konstantin Novoselov, wat later die Nobelprys in Fisika in 2010 gewen het, op hol geneem het. Grafeen is 'n kunsmatige struktuur van 'n enkele atoomdikte gemaak van koolstofatome.Die eerste grafeenstrukture is deur die twee Nobelpryswenners geskep deur dun lae grafiet, die “skryfmateriaal” van die potlood, met behulp van plakband af te skil.Die twee wetenskaplikes en daaropvolgende navorsers het ontdek dat grafeen unieke en verrassende eienskappe het wat verskil van grafiet-eienskappe: ontsaglike sterkte, byna volledige deursigtigheid, elektriese geleidingsvermoë en ligoordragvermoë wat stralingsemissie moontlik maak - 'n aspek wat verband hou met die huidige artikel.Hierdie unieke kenmerke maak grafeen en ander tweedimensionele materiale belowend vir toekomstige generasies van chemiese en biologiese sensors, sonselle, halfgeleiers, monitors, en meer.

Nog 'n Nobelpryswenner wat genoem moet word voordat na die huidige studie teruggekeer word, is Johannes Diderik van der Waals, wat die Nobelprys in Fisika presies honderd jaar vroeër, in 1910, gewen het. Die materiaal wat nou na hom vernoem is—vdW-materiale—is die fokus van Prof. Kaminer se navorsing.Grafeen is ook 'n voorbeeld van 'n vdW-materiaal, maar die nuwe studie vind nou dat ander gevorderde vdW-materiale meer bruikbaar is vir die doel om X-strale te produseer.Die Technion-navorsers het verskillende vdW-materiale vervaardig en elektronstrale daardeur teen spesifieke hoeke gestuur wat gelei het tot X-straal-emissie op 'n beheerde en akkurate wyse.Verder het die navorsers presiese instelbaarheid van die stralingspektrum teen ongekende resolusie getoon, deur die buigsaamheid in die ontwerp van families van vdW-materiale te gebruik.

Die nuwe artikel deur die navorsingsgroep bevat eksperimentele resultate en nuwe teorie wat saam 'n bewys-van-konsep bied vir 'n innoverende toepassing van tweedimensionele materiale as 'n kompakte stelsel wat beheerde en akkurate bestraling produseer.

“Die eksperiment en die teorie wat ons ontwikkel het om dit te verduidelik, lewer 'n beduidende bydrae tot die studie van lig-materie-interaksies en baan die weg vir uiteenlopende toepassings in X-straalbeelding (mediese X-straal, byvoorbeeld), X-straalspektroskopie wat gebruik word om materiale en toekomstige kwantumligbronne in die X-straalregime te karakteriseer,” het prof. Kaminer gesê.