Emissione di raggi X da parte di elettroni liberi che incidono su un materiale di van der Waals.Credito: Technion – Istituto israeliano di tecnologia
I ricercatori di Technion hanno sviluppato fonti di radiazioni accurate che dovrebbero portare a scoperte nell'imaging medico e in altre aree.Hanno sviluppato fonti di radiazioni precise che possono sostituire le strutture costose e ingombranti attualmente utilizzate per tali compiti.L'apparato suggerito produce radiazioni controllate con uno spettro ristretto che può essere sintonizzato con alta risoluzione, con un investimento energetico relativamente basso.È probabile che i risultati portino a scoperte in una varietà di campi, tra cui l'analisi di sostanze chimiche e materiali biologici, l'imaging medico, le apparecchiature a raggi X per i controlli di sicurezza e altri usi di fonti di raggi X accurate.

Pubblicato sulla rivista Nature Photonics, lo studio è stato condotto dal professor Ido Kaminer e dal suo allievo del master Michael Shentcis nell'ambito di una collaborazione con diversi istituti di ricerca del Technion: la Facoltà di ingegneria elettrica Andrew and Erna Viterbi, il Solid State Institute, il Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) e l'Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

Il documento dei ricercatori mostra un'osservazione sperimentale che fornisce la prima prova di concetto per i modelli teorici sviluppati nell'ultimo decennio in una serie di articoli costitutivi.Il primo articolo sull'argomento è apparso anche su Nature Photonics.Scritto dal Prof. Kaminer durante il suo postdoc al MIT, sotto la supervisione del Prof. Marin Soljacic e del Prof. John Joannopoulos, quel documento ha presentato teoricamente come i materiali bidimensionali possono creare raggi X.Secondo il Prof. Kaminer, “quell'articolo ha segnato l'inizio di un viaggio verso sorgenti di radiazioni basate sulla fisica unica dei materiali bidimensionali e delle loro varie combinazioni: le eterostrutture.Abbiamo costruito sulla svolta teorica di quell'articolo per sviluppare una serie di articoli di follow-up e ora siamo entusiasti di annunciare la prima osservazione sperimentale sulla creazione di radiazioni a raggi X da tali materiali, controllando con precisione i parametri di radiazione .”

I materiali bidimensionali sono strutture artificiali uniche che hanno preso d'assalto la comunità scientifica intorno all'anno 2004 con lo sviluppo del grafene da parte dei fisici Andre Geim e Konstantin Novoselov, che in seguito hanno vinto il Premio Nobel per la fisica nel 2010. Il grafene è una struttura artificiale di a singolo spessore atomico costituito da atomi di carbonio.Le prime strutture di grafene sono state create dai due premi Nobel staccando sottili strati di grafite, il "materiale di scrittura" della matita, usando del nastro adesivo.I due scienziati e i successivi ricercatori hanno scoperto che il grafene ha proprietà uniche e sorprendenti che sono diverse dalle proprietà della grafite: forza immensa, trasparenza quasi completa, conduttività elettrica e capacità di trasmissione della luce che consente l'emissione di radiazioni, un aspetto correlato al presente articolo.Queste caratteristiche uniche rendono il grafene e altri materiali bidimensionali promettenti per le future generazioni di sensori chimici e biologici, celle solari, semiconduttori, monitor e altro ancora.

Un altro premio Nobel che dovrebbe essere menzionato prima di tornare al presente studio è Johannes Diderik van der Waals, che vinse il Premio Nobel per la Fisica esattamente cento anni prima, nel 1910. I materiali che ora portano il suo nome - materiali vdW - sono al centro di La ricerca del Prof. Kaminer.Anche il grafene è un esempio di materiale vdW, ma il nuovo studio ora rileva che altri materiali vdW avanzati sono più utili allo scopo di produrre raggi X.I ricercatori del Technion hanno prodotto diversi materiali vdW e hanno inviato fasci di elettroni attraverso di essi ad angoli specifici che hanno portato all'emissione di raggi X in modo controllato e accurato.Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato una precisa sintonizzazione dello spettro di radiazione a una risoluzione senza precedenti, utilizzando la flessibilità nella progettazione di famiglie di materiali vdW.

Il nuovo articolo del gruppo di ricerca contiene risultati sperimentali e una nuova teoria che insieme forniscono una prova di concetto per un'applicazione innovativa di materiali bidimensionali come un sistema compatto che produce radiazioni controllate e accurate.

"L'esperimento e la teoria che abbiamo sviluppato per spiegarlo danno un contributo significativo allo studio delle interazioni luce-materia e aprono la strada a varie applicazioni nell'imaging a raggi X (raggi X medici, per esempio), spettroscopia a raggi X utilizzata per caratterizzare i materiali e le future sorgenti di luce quantistica nel regime dei raggi X”, ha affermato il Prof. Kaminer.