Исследователи из Техниона - Израильского технологического института 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.
Опубликованное в журнале Nature Photonics исследование проводилось под руководством профессора Идо Каминера и его магистранта Майкла Шентциса в рамках сотрудничества с несколькими научно-исследовательскими институтами Техниона: электротехническим факультетом Эндрю и Эрны Витерби, Институт твердого тела, Институт нанотехнологий Рассела Берри (RBNI) и Центр квантовой науки, материи и инженерии Хелен Диллер.
Доклад исследователей показывает экспериментальное наблюдение, которое обеспечивает 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 - гетероструктурах. 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 покорили 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. искусственная структура толщиной в один атом 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 неожиданными 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.
Еще один лауреат Нобелевской премии, которого следует упомянуть, прежде чем вернуться к настоящему исследованию, - это Иоганнес Дидерик ван дер Ваальс, получивший Нобелевскую премию по физике ровно сто лет назад, в 1910 году. Материалы, названные теперь его именем, ¬¬¬¬ - материалы vdW - находятся в центре внимания исследований 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 материи и прокладывают путь для различных приложений в рентгеновской визуализации (например, медицинский рентген), Рентгеновская спектроскопия используется для характеристики материалов и будущих квантовых источников света в рентгеновском режиме», - сказал профессор Каминер.