Technion-onderzoekers hebben nauwkeurige stralingsbronnen ontwikkeld die naar verwachting zullen leiden tot doorbraken op het gebied van medische beeldvorming en andere gebieden. Ze hebben nauwkeurige stralingsbronnen ontwikkeld die de dure en omslachtige faciliteiten die momenteel voor dergelijke taken worden gebruikt, kunnen vervangen. Het voorgestelde apparaat produceert gecontroleerde straling met een smal spectrum dat kan worden afgestemd met een hoge resolutie, tegen een relatief lage energie-investering. De bevindingen zullen waarschijnlijk leiden tot doorbraken op verschillende gebieden, inclusief de analyse van chemicaliën en biologische materialen, medische beeldvorming, Röntgenapparatuur voor veiligheidsonderzoek, en ander gebruik van nauwkeurige röntgenbronnen.

Gepubliceerd in het tijdschrift Natuurfotonica , de studie werd geleid door professor Ido Kaminer en zijn masterstudent Michael Shentcis als onderdeel van een samenwerking met verschillende onderzoeksinstituten van het Technion:de Andrew en Erna Viterbi Faculty of Electrical Engineering, het Solid State Instituut, het Russell Berrie Nanotechnologie Instituut (RBNI), en het Helen Diller Center for Quantum Science, Materie en techniek.

Het artikel van de onderzoekers toont een experimentele observatie die het eerste proof-of-concept levert voor theoretische modellen die in het afgelopen decennium zijn ontwikkeld in een reeks constitutieve artikelen. Het eerste artikel over dit onderwerp verscheen ook in Natuurfotonica . Geschreven door Prof. Kaminer tijdens zijn postdoc aan het MIT, onder toezicht van Prof. Marin Soljacic en Prof. John Joannopoulos, dat artikel presenteerde theoretisch hoe tweedimensionale materialen röntgenstralen kunnen creëren. Volgens prof. Kaminer, "dat artikel markeerde het begin van een reis naar stralingsbronnen gebaseerd op de unieke fysica van tweedimensionale materialen en hun verschillende combinaties - heterostructuren. We hebben voortgebouwd op de theoretische doorbraak van dat artikel om een ​​reeks vervolgartikelen te ontwikkelen, en nu, we zijn verheugd om de eerste experimentele waarneming aan te kondigen over het creëren van röntgenstraling uit dergelijke materialen, terwijl de stralingsparameters nauwkeurig worden gecontroleerd."

Tweedimensionale materialen zijn unieke kunstmatige structuren die de wetenschappelijke gemeenschap rond het jaar 2004 stormenderhand veroverden met de ontwikkeling van grafeen door natuurkundigen Andre Geim en Konstantin Novoselov, die later in 2010 de Nobelprijs voor natuurkunde won. Grafeen is een kunstmatige structuur met een enkele atoomdikte gemaakt van koolstofatomen. De eerste grafeenstructuren werden gecreëerd door de twee Nobelprijswinnaars door dunne lagen grafiet af te pellen, het "schrijfmateriaal" van het potlood, het gebruik van ducttape. De twee wetenschappers en latere onderzoekers ontdekten dat grafeen unieke en verrassende eigenschappen heeft die verschillen van grafieteigenschappen:immense sterkte, bijna volledige transparantie, elektrische geleiding, en lichtdoorlatend vermogen dat stralingsemissie mogelijk maakt - een aspect dat verband houdt met dit artikel. Deze unieke eigenschappen maken grafeen en andere tweedimensionale materialen veelbelovend voor toekomstige generaties van chemische en biologische sensoren, zonnepanelen, halfgeleiders, monitoren, en meer.

Een andere Nobelprijswinnaar die moet worden genoemd voordat hij terugkeert naar de huidige studie is Johannes Diderik van der Waals, die precies honderd jaar eerder de Nobelprijs voor Natuurkunde won, in 1910. De nu naar hem vernoemde materialen - vdW-materialen - staan ​​centraal in het onderzoek van prof. Kaminer. Grafeen is ook een voorbeeld van een vdW-materiaal, maar de nieuwe studie vindt nu dat andere geavanceerde vdW-materialen nuttiger zijn voor het produceren van röntgenstralen. De Technion-onderzoekers hebben verschillende vdW-materialen gemaakt en er onder bepaalde hoeken elektronenstralen doorheen gestuurd die op een gecontroleerde en nauwkeurige manier tot röntgenstraling leidden. Verder, de onderzoekers toonden een nauwkeurige afstembaarheid van het stralingsspectrum met een ongekende resolutie, gebruikmakend van de flexibiliteit bij het ontwerpen van families van vdW-materialen.

Het nieuwe artikel van de onderzoeksgroep bevat experimentele resultaten en nieuwe theorie die samen een proof-of-concept bieden voor een innovatieve toepassing van tweedimensionale materialen als een compact systeem dat gecontroleerde en nauwkeurige straling produceert.

"Het experiment en de theorie die we hebben ontwikkeld om het uit te leggen, leveren een belangrijke bijdrage aan de studie van interacties tussen licht en materie en maken de weg vrij voor uiteenlopende toepassingen in röntgenbeeldvorming (medische röntgenfoto's, bijvoorbeeld), Röntgenspectroscopie gebruikt om materialen te karakteriseren, en toekomstige kwantumlichtbronnen in het röntgenregime, " zei prof. Kaminer.