Rendgenska emisija slobodnih elektrona koji udaraju o van der Waalsov materijal.Zasluge: Technion – Izraelski tehnološki institut
Istraživači iz Techniona razvili su precizne izvore zračenja za koje se očekuje da će dovesti do otkrića u medicinskom snimanju i drugim područjima.Oni su razvili precizne izvore zračenja koji mogu zamijeniti skupe i glomazne objekte koji se trenutno koriste za takve zadatke.Predloženi aparat proizvodi kontrolisano zračenje sa uskim spektrom koji se može podesiti sa visokom rezolucijom, uz relativno malo ulaganje energije.Nalazi će vjerovatno dovesti do proboja u raznim oblastima, uključujući analizu hemikalija i bioloških materijala, medicinsko snimanje, rendgensku opremu za sigurnosne skrininge i druge upotrebe preciznih izvora rendgenskih zraka.

Studiju, objavljenu u časopisu Nature Photonics, vodili su profesor Ido Kaminer i njegov student na master studijama Michael Sentcis u sklopu saradnje sa nekoliko istraživačkih instituta u Technionu: Fakultet elektrotehnike Andrew i Erna Viterbi, Institut Solid State, Institut za nanotehnologiju Russell Berrie (RBNI) i Helen Diller Centar za kvantnu nauku, materiju i inženjerstvo.

Istraživački rad pokazuje eksperimentalno zapažanje koje pruža prvi dokaz koncepta za teorijske modele razvijene u posljednjoj deceniji u nizu konstitutivnih članaka.Prvi članak na tu temu također se pojavio u Nature Photonics.Napisan od strane prof. Kaminera tokom postdoktorskog studija na MIT-u, pod nadzorom prof. Marina Soljačića i prof. Johna Joannopoulosa, taj rad je teoretski predstavio kako dvodimenzionalni materijali mogu stvoriti X-zrake.Prema riječima prof. Kaminera, „taj članak je označio početak putovanja prema izvorima zračenja zasnovanog na jedinstvenoj fizici dvodimenzionalnih materijala i njihovih različitih kombinacija – heterostruktura.Izgradili smo teorijski napredak iz tog članka kako bismo razvili niz članaka koji slijede, a sada smo uzbuđeni što možemo najaviti prvo eksperimentalno zapažanje o stvaranju rendgenskog zračenja iz takvih materijala, uz preciznu kontrolu parametara zračenja .”

Dvodimenzionalni materijali su jedinstvene vještačke strukture koje su osvojile naučnu zajednicu oko 2004. godine razvojem grafena od strane fizičara Andre Geima i Konstantina Novoselova, koji je kasnije dobio Nobelovu nagradu za fiziku 2010. Grafen je umjetna struktura jedna atomska debljina napravljena od atoma ugljika.Prve strukture grafena stvorila su dva nobelovca tako što su ljepljivom trakom skinuli tanke slojeve grafita, "materijala za pisanje" olovke.Dva naučnika i kasniji istraživači otkrili su da grafen ima jedinstvena i iznenađujuća svojstva koja se razlikuju od svojstava grafita: ogromnu snagu, gotovo potpunu transparentnost, električnu provodljivost i sposobnost prenošenja svjetlosti koja omogućava emisiju zračenja – aspekt koji se odnosi na ovaj članak.Ove jedinstvene karakteristike čine grafen i druge dvodimenzionalne materijale obećavajućim za buduće generacije hemijskih i bioloških senzora, solarnih ćelija, poluprovodnika, monitora i još mnogo toga.

Još jedan nobelovac kojeg treba spomenuti prije nego što se vratimo na ovu studiju je Johannes Diderik van der Waals, koji je dobio Nobelovu nagradu za fiziku tačno sto godina ranije, 1910. Materijali koji su sada nazvani po njemu – vdW materijali – su u fokusu Istraživanje prof. Kaminera.Grafen je također primjer vdW materijala, ali nova studija sada otkriva da su drugi napredni vdW materijali korisniji u svrhu proizvodnje rendgenskih zraka.Technion istraživači su proizveli različite vdW materijale i slali elektronske zrake kroz njih pod određenim uglovima koji su doveli do emisije rendgenskih zraka na kontroliran i precizan način.Nadalje, istraživači su pokazali preciznu prilagodljivost spektra zračenja u rezoluciji bez presedana, koristeći fleksibilnost u dizajniranju porodica vdW materijala.

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

“Eksperiment i teorija koju smo razvili da bismo to objasnili daju značajan doprinos proučavanju interakcija svjetlosti i materije i otvaraju put za različite primjene u rendgenskim slikama (medicinski rendgenski zraci, na primjer), korištena je rendgenska spektroskopija da karakteriše materijale i buduće kvantne izvore svetlosti u režimu X-zraka,” rekao je prof. Kaminer.