Emisija X-zraka slobodnih elektrona koji udaraju o van der Waalsov materijal.Zasluge: Technion – Izraelski tehnološki institut
Istraživači tvrtke Technion razvili su precizne izvore zračenja za koje se očekuje da će dovesti do otkrića u medicinskim slikama i drugim područjima.Razvili su precizne izvore zračenja koji bi mogli zamijeniti skupe i glomazne objekte koji se trenutno koriste za takve zadatke.Predloženi uređaj proizvodi kontrolirano zračenje uskog spektra koje se može podesiti s visokom rezolucijom, uz relativno nisko ulaganje energije.Otkrića će vjerojatno dovesti do otkrića u različitim poljima, uključujući analizu kemikalija i bioloških materijala, medicinsko snimanje, rendgensku opremu za sigurnosne provjere i druge upotrebe točnih izvora rendgenskih zraka.

Studiju, objavljenu u časopisu Nature Photonics, vodili su profesor Ido Kaminer i njegov student magisterija Michael Shentcis u sklopu suradnje s nekoliko istraživačkih instituta na Technionu: Fakultetom elektrotehnike Andrewa i Erne Viterbi, Institutom za čvrsto stanje, Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) i Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

Rad istraživača prikazuje eksperimentalno opažanje koje daje prvi dokaz koncepta za teorijske modele razvijene tijekom posljednjeg desetljeća u nizu konstitutivnih članaka.Prvi članak na tu temu također se pojavio u časopisu Nature Photonics.Napisao ga je prof. Kaminer tijekom svog postdoktorskog studija na MIT-u, pod nadzorom prof. Marina Soljačića i prof. Johna Joannopoulosa, te je rad teoretski predstavio kako dvodimenzionalni materijali mogu stvarati X-zrake.Prema prof. Kamineru, “taj je članak označio početak putovanja prema izvorima zračenja koji se temelje na jedinstvenoj fizici dvodimenzionalnih materijala i njihovih različitih kombinacija — heterostruktura.Nadogradili smo teoretski napredak iz tog članka kako bismo razvili niz daljnjih članaka, a sada smo uzbuđeni što možemo najaviti prvo eksperimentalno promatranje stvaranja rendgenskog zračenja iz takvih materijala, uz preciznu kontrolu parametara zračenja .”

Dvodimenzionalni materijali jedinstvene su umjetne strukture koje su oko 2004. godine zaokupile znanstvenu zajednicu razvojem grafena od strane fizičara Andrea Geima i Konstantina Novoselova, koji je kasnije osvojio Nobelovu nagradu za fiziku 2010. Grafen je umjetna struktura jednostruka atomska debljina napravljena od atoma ugljika.Prve grafenske strukture stvorila su dva nobelovca ljuštenjem tankih slojeva grafita, “materijala za pisanje” olovke, pomoću ljepljive trake.Dvojica znanstvenika i kasniji istraživači otkrili su da grafen ima jedinstvena i iznenađujuća svojstva koja se razlikuju od svojstava grafita: ogromnu čvrstoću, gotovo potpunu prozirnost, električnu vodljivost i sposobnost prijenosa svjetlosti koja dopušta emisiju zračenja—aspekt koji se odnosi na ovaj članak.Ove jedinstvene značajke čine grafen i druge dvodimenzionalne materijale obećavajućim za buduće generacije kemijskih i bioloških senzora, solarnih ćelija, poluvodiča, monitora i više.

Još jedan dobitnik Nobelove nagrade kojeg treba spomenuti prije nego se vratimo na ovu studiju je Johannes Diderik van der Waals, koji je dobio Nobelovu nagradu za fiziku točno sto godina ranije, 1910. Materijali koji su sada nazvani po njemu - vdW materijali - u središtu su Istraživanja prof. Kaminera.Grafen je također primjer vdW materijala, ali nova studija sada otkriva da su drugi napredni vdW materijali korisniji u svrhu proizvodnje X-zraka.Istraživači Techniona proizveli su različite vdW materijale i kroz njih poslali elektronske zrake pod određenim kutovima koji su doveli do emisije X-zraka na kontroliran i točan način.Nadalje, istraživači su pokazali preciznu podesivost spektra zračenja u rezoluciji bez presedana, koristeći fleksibilnost u dizajniranju obitelji vdW materijala.

Novi članak istraživačke skupine sadrži eksperimentalne rezultate i novu teoriju koji zajedno pružaju dokaz koncepta za inovativnu primjenu dvodimenzionalnih materijala kao kompaktnog sustava koji proizvodi kontrolirano i točno zračenje.

„Eksperiment i teorija koju smo razvili da bismo ga objasnili daju značajan doprinos proučavanju interakcija svjetlosti i materije i utiru put različitim primjenama u slikanju rendgenskim zrakama (na primjer, medicinskim rendgenskim zrakama), spektroskopiji rendgenskih zraka koja se koristi za karakterizaciju materijala i budućih kvantnih izvora svjetlosti u režimu X-zraka,” rekao je prof. Kaminer.