انبعاث الأشعة السينية بواسطة إلكترونات حرة تصطدم بمادة فان دير فال.الائتمان: التخنيون - المعهد الإسرائيلي للتكنولوجيا
طور باحثو التخنيون مصادر إشعاع دقيقة من المتوقع أن تؤدي إلى اختراقات في التصوير الطبي ومجالات أخرى.لقد طوروا مصادر إشعاع دقيقة قد تحل محل المرافق باهظة الثمن والمرهقة المستخدمة حاليًا لمثل هذه المهام.ينتج الجهاز المقترح إشعاعًا محكومًا بطيف ضيق يمكن ضبطه بدقة عالية ، باستثمار طاقة منخفض نسبيًا.من المحتمل أن تؤدي النتائج إلى اختراقات في مجموعة متنوعة من المجالات ، بما في ذلك تحليل المواد الكيميائية والبيولوجية ، والتصوير الطبي ، ومعدات الأشعة السينية للفحص الأمني ​​، واستخدامات أخرى لمصادر دقيقة للأشعة السينية.

نُشرت الدراسة في مجلة Nature Photonics ، بقيادة البروفيسور إيدو كامينر وطالب الماجستير مايكل شينتسيس كجزء من تعاون مع العديد من المعاهد البحثية في التخنيون: كلية أندرو وإيرنا فيتيربي للهندسة الكهربائية ، ومعهد الحالة الصلبة ، معهد راسل بيري لتقنية النانو (RBNI) ، ومركز هيلين ديلر لعلوم الكم والمادة والهندسة.

تُظهر ورقة الباحثين ملاحظة تجريبية توفر أول إثبات للمفهوم للنماذج النظرية التي تم تطويرها خلال العقد الماضي في سلسلة من المقالات التأسيسية.المقالة الأولى حول هذا الموضوع ظهرت أيضًا في Nature Photonics.كتبه البروفيسور كامينر خلال فترة ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، تحت إشراف البروفيسور مارين سولجاك والبروفيسور جون جوانوبولوس ، قدم هذا البحث نظريًا كيف يمكن للمواد ثنائية الأبعاد أن تخلق أشعة سينية.وفقًا للبروفيسور كامينر ، "كانت هذه المقالة بمثابة بداية رحلة نحو مصادر الإشعاع بناءً على الفيزياء الفريدة للمواد ثنائية الأبعاد ومجموعاتها المختلفة - الهياكل غير المتجانسة.لقد بنينا على الاختراق النظري من تلك المقالة لتطوير سلسلة من مقالات المتابعة ، والآن ، نحن متحمسون للإعلان عن أول ملاحظة تجريبية حول إنشاء إشعاع الأشعة السينية من هذه المواد ، مع التحكم بدقة في معلمات الإشعاع . "

المواد ثنائية الأبعاد هي هياكل اصطناعية فريدة من نوعها استحوذت على المجتمع العلمي في حوالي عام 2004 مع تطوير الجرافين بواسطة الفيزيائيين أندريه جيم وكونستانتين نوفوسيلوف ، اللذين فازا لاحقًا بجائزة نوبل في الفيزياء في عام 2010. الجرافين هو هيكل اصطناعي من سمك ذري واحد مصنوع من ذرات الكربون.تم إنشاء هياكل الجرافين الأولى من قبل اثنين من الحائزين على جائزة نوبل عن طريق تقشير طبقات رقيقة من الجرافيت ، "مادة الكتابة" للقلم الرصاص ، باستخدام شريط لاصق.اكتشف العالمان والباحثون اللاحقون أن للجرافين خصائص فريدة ومدهشة تختلف عن خصائص الجرافيت: القوة الهائلة ، والشفافية شبه الكاملة ، والتوصيل الكهربائي ، والقدرة على نقل الضوء التي تسمح بانبعاث الإشعاع - وهو جانب متعلق بالمقال الحالي.هذه الميزات الفريدة تجعل الجرافين وغيره من المواد ثنائية الأبعاد واعدة للأجيال القادمة من أجهزة الاستشعار الكيميائية والبيولوجية ، والخلايا الشمسية ، وأشباه الموصلات ، والشاشات ، وأكثر من ذلك.

الحائز على جائزة نوبل آخر الذي يجب ذكره قبل العودة إلى الدراسة الحالية يوهانس ديديريك فان دير فالس ، الذي فاز بجائزة نوبل في الفيزياء قبل مائة عام بالضبط ، في عام 1910. المواد التي سميت الآن باسمه - مواد vdW - هي محور تركيز بحث البروفيسور كامينر.يعد الجرافين أيضًا مثالًا على مادة vdW ، لكن الدراسة الجديدة وجدت الآن أن مواد أخرى متقدمة من vdW أكثر فائدة لغرض إنتاج الأشعة السينية.أنتج باحثو التخنيون مواد مختلفة من vdW وأرسلوا حزم إلكترونية من خلالها بزوايا محددة أدت إلى انبعاث الأشعة السينية بطريقة محكمة ودقيقة.علاوة على ذلك ، أظهر الباحثون قابلية ضبط دقيقة للطيف الإشعاعي بدقة غير مسبوقة ، مستخدمين المرونة في تصميم عائلات مواد vdW.

تحتوي المقالة الجديدة التي أعدتها مجموعة البحث على نتائج تجريبية ونظرية جديدة توفر معًا إثباتًا للمفهوم لتطبيق مبتكر للمواد ثنائية الأبعاد كنظام مضغوط ينتج إشعاعًا محكومًا ودقيقًا.

"التجربة والنظرية التي طورناها لشرحها تقدم مساهمة كبيرة في دراسة تفاعلات المادة الضوئية وتمهيد الطريق لتطبيقات متنوعة في التصوير بالأشعة السينية (الأشعة السينية الطبية ، على سبيل المثال) ، التحليل الطيفي بالأشعة السينية المستخدم لتوصيف المواد ، ومصادر الضوء الكمومي في المستقبل في نظام الأشعة السينية ، قال البروفيسور كامينر.