Emissió de raigs X per electrons lliures que incideixen sobre un material de Van der Waals.Crèdit: Technion - Israel Institute of Technology
Els investigadors de Technion han desenvolupat fonts de radiació precises que s'espera que condueixin a avenços en imatges mèdiques i altres àrees.Han desenvolupat fonts de radiació precises que poden substituir les instal·lacions cares i feixugues que s'utilitzen actualment per a aquestes tasques.L'aparell suggerit produeix radiació controlada amb un espectre estret que es pot ajustar amb alta resolució, amb una inversió energètica relativament baixa.És probable que les troballes condueixin a avenços en diversos camps, com ara l'anàlisi de productes químics i materials biològics, imatges mèdiques, equips de raigs X per a la detecció de seguretat i altres usos de fonts de raigs X precises.

Publicat a la revista Nature Photonics, l'estudi va ser dirigit pel professor Ido Kaminer i el seu estudiant de màster Michael Shentcis com a part d'una col·laboració amb diversos instituts de recerca del Technion: la Facultat d'Enginyeria Elèctrica Andrew i Erna Viterbi, el Solid State Institute, el Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) i el Centre Helen Diller de Ciència, Matèria i Enginyeria Quàntiques.

El document dels investigadors mostra una observació experimental que proporciona la primera prova de concepte per als models teòrics desenvolupats durant l'última dècada en una sèrie d'articles constitutius.El primer article sobre el tema també va aparèixer a Nature Photonics.Escrit pel professor Kaminer durant el seu postdoctorat al MIT, sota la supervisió del professor Marin Soljacic i el professor John Joannopoulos, aquest article presentava teòricament com els materials bidimensionals poden crear raigs X.Segons el professor Kaminer, “aquest article va marcar l'inici d'un viatge cap a fonts de radiació basat en la física única dels materials bidimensionals i les seves diverses combinacions: heteroestructures.Ens hem basat en l'avenç teòric d'aquest article per desenvolupar una sèrie d'articles de seguiment, i ara, ens complau anunciar la primera observació experimental sobre la creació de radiació de raigs X a partir d'aquests materials, alhora que controlem amb precisió els paràmetres de radiació. .”

Els materials bidimensionals són estructures artificials úniques que van assaltar la comunitat científica al voltant de l'any 2004 amb el desenvolupament del grafè pels físics Andre Geim i Konstantin Novoselov, que després van guanyar el Premi Nobel de Física el 2010. El grafè és una estructura artificial d'un un sol gruix atòmic fet d'àtoms de carboni.Les primeres estructures de grafè van ser creades pels dos premis Nobel pelant capes fines de grafit, el "material d'escriptura" del llapis, amb cinta adhesiva.Els dos científics i els investigadors posteriors van descobrir que el grafè té propietats úniques i sorprenents que són diferents de les propietats del grafit: força immensa, transparència gairebé completa, conductivitat elèctrica i capacitat de transmissió de llum que permet l'emissió de radiació, un aspecte relacionat amb el present article.Aquestes característiques úniques fan que el grafè i altres materials bidimensionals siguin prometedors per a les generacions futures de sensors químics i biològics, cèl·lules solars, semiconductors, monitors i molt més.

Un altre premi Nobel que cal esmentar abans de tornar al present estudi és Johannes Diderik van der Waals, que va guanyar el Premi Nobel de Física exactament cent anys abans, el 1910. Els materials que ara porten el seu nom —materials vdW— són el focus de Investigació del Prof. Kaminer.El grafè també és un exemple de material vdW, però el nou estudi ara troba que altres materials vdW avançats són més útils per a la producció de raigs X.Els investigadors de Technion han produït diferents materials vdW i han enviat feixos d'electrons a través d'ells en angles específics que han provocat l'emissió de raigs X d'una manera controlada i precisa.A més, els investigadors van demostrar una sintonització precisa de l'espectre de radiació amb una resolució sense precedents, utilitzant la flexibilitat en el disseny de famílies de materials vdW.

El nou article del grup de recerca conté resultats experimentals i una nova teoria que en conjunt proporcionen una prova de concepte per a una aplicació innovadora de materials bidimensionals com un sistema compacte que produeix radiació controlada i precisa.

"L'experiment i la teoria que hem desenvolupat per explicar-lo fan una contribució significativa a l'estudi de les interaccions llum-matèria i obren el camí per a aplicacions variades en imatges de raigs X (raigs X mèdics, per exemple), espectroscòpia de raigs X utilitzada. per caracteritzar materials i futures fonts de llum quàntica en règim de raigs X", va dir el professor Kaminer.