Рентгеново излъчване от свободни електрони, попадащи върху ван дер Ваалсов материал.Кредит: Technion – Израелски технологичен институт
Изследователите на Technion са разработили точни източници на радиация, които се очаква да доведат до пробиви в медицинските изображения и други области.Те са разработили прецизни източници на радиация, които могат да заменят скъпите и тромави съоръжения, използвани в момента за подобни задачи.Предложеният апарат произвежда контролирано лъчение с тесен спектър, който може да бъде настроен с висока разделителна способност, при относително ниска инвестиция на енергия.Констатациите вероятно ще доведат до пробиви в различни области, включително анализ на химикали и биологични материали, медицински образи, рентгеново оборудване за проверка на сигурността и други употреби на точни рентгенови източници.

Публикувано в списанието Nature Photonics, изследването е ръководено от професор Идо Каминер и неговия магистърски студент Майкъл Шентчис като част от сътрудничество с няколко изследователски института в Технион: Факултета по електротехника на Андрю и Ерна Витерби, Института за твърдо състояние, Институт по нанотехнологии Ръсел Бери (RBNI) и Центърът за квантова наука, материя и инженерство Хелън Дилър.

Документът на изследователите показва експериментално наблюдение, което предоставя първото доказателство за концепцията за теоретични модели, разработени през последното десетилетие в серия от съставни статии.Първата статия по темата също се появи в Nature Photonics.Написана от проф. Каминер по време на неговия постдоктор в Масачузетския технологичен институт, под ръководството на проф. Марин Солачич и проф. Джон Джоанопулос, тази статия представя теоретично как двуизмерните материали могат да създават рентгенови лъчи.Според проф. Каминер „тази статия бележи началото на едно пътуване към източници на радиация, базирани на уникалната физика на двуизмерните материали и техните различни комбинации – хетероструктури.Ние изградихме теоретичния пробив от тази статия, за да разработим поредица от последващи статии и сега сме развълнувани да обявим първото експериментално наблюдение върху създаването на рентгеново лъчение от такива материали, като същевременно контролираме прецизно параметрите на излъчване .”

Двуизмерните материали са уникални изкуствени структури, които завладяха научната общност около 2004 г. с разработването на графен от физиците Андре Гейм и Константин Новоселов, които по-късно спечелиха Нобеловата награда за физика през 2010 г. Графенът е изкуствена структура на единична атомна дебелина, направена от въглеродни атоми.Първите графенови структури са създадени от двамата Нобелови лауреати чрез отлепване на тънки слоеве графит, „материалът за писане“ на молива, с помощта на тиксо.Двамата учени и следващите изследователи откриха, че графенът има уникални и изненадващи свойства, които се различават от свойствата на графита: огромна здравина, почти пълна прозрачност, електрическа проводимост и способност за предаване на светлина, която позволява излъчване на радиация – аспект, свързан с настоящата статия.Тези уникални характеристики правят графена и други двуизмерни материали обещаващи за бъдещи поколения химически и биологични сензори, слънчеви клетки, полупроводници, монитори и др.

Друг нобелов лауреат, който трябва да се спомене, преди да се върнем към настоящото изследване, е Йоханес Дидерик ван дер Ваалс, който спечели Нобеловата награда по физика точно сто години по-рано, през 1910 г. Материалите, които сега са кръстени на него - vdW материали - са фокусът на Изследванията на проф. Каминер.Графенът също е пример за vdW материал, но новото проучване сега установява, че други усъвършенствани vdW материали са по-полезни за целите на производството на рентгенови лъчи.Изследователите на Technion са произвели различни vdW материали и са изпратили електронни лъчи през тях под специфични ъгли, които са довели до излъчване на рентгенови лъчи по контролиран и точен начин.Освен това изследователите демонстрираха прецизна настройка на радиационния спектър при безпрецедентна разделителна способност, използвайки гъвкавостта при проектирането на семейства от vdW материали.

Новата статия на изследователската група съдържа експериментални резултати и нова теория, които заедно осигуряват доказателство за концепцията за иновативно приложение на двуизмерни материали като компактна система, която произвежда контролирано и точно излъчване.

„Експериментът и теорията, която разработихме, за да го обясним, имат значителен принос към изследването на взаимодействията светлина-материя и проправят пътя за разнообразни приложения в рентгеновите изображения (медицински рентгенови лъчи, например), използваната рентгенова спектроскопия за характеризиране на материали и бъдещи квантови източници на светлина в рентгеновия режим“, каза проф. Каминер.