Phát xạ tia X do các electron tự do tác động lên vật liệu van der Waals.Tín dụng: Technion – Viện Công nghệ Israel
Các nhà nghiên cứu của Technion đã phát triển các nguồn bức xạ chính xác được kỳ vọng sẽ dẫn đến những bước đột phá trong chẩn đoán hình ảnh y tế và các lĩnh vực khác.Họ đã phát triển các nguồn bức xạ chính xác có thể thay thế các thiết bị đắt tiền và cồng kềnh hiện đang được sử dụng cho các nhiệm vụ đó.Thiết bị được đề xuất tạo ra bức xạ được kiểm soát với phổ hẹp có thể điều chỉnh với độ phân giải cao, với mức đầu tư năng lượng tương đối thấp.Những phát hiện này có khả năng dẫn đến những đột phá trong nhiều lĩnh vực, bao gồm phân tích hóa chất và vật liệu sinh học, hình ảnh y tế, thiết bị X-quang để kiểm tra an ninh và các ứng dụng khác của nguồn tia X chính xác.

Được công bố trên tạp chí Nature Photonics, nghiên cứu do Giáo sư Ido Kaminer và học trò cao học của ông là Michael Shentcis dẫn đầu như một phần của sự hợp tác với một số viện nghiên cứu tại Technion: Khoa Kỹ thuật Điện Andrew và Erna Viterbi, Viện Chất rắn, Viện Nghiên cứu Viện Công nghệ Nano Russell Berrie (RBNI) và Trung tâm Khoa học Lượng tử, Vật chất và Kỹ thuật Helen Diller.

Bài báo của các nhà nghiên cứu cho thấy một quan sát thử nghiệm cung cấp bằng chứng đầu tiên về khái niệm cho các mô hình lý thuyết được phát triển trong thập kỷ qua trong một loạt bài báo cấu thành.Bài báo đầu tiên về chủ đề này cũng xuất hiện trên tạp chí Nature Photonics.Được viết bởi Giáo sư Kaminer trong thời gian sau tiến sĩ tại MIT, dưới sự giám sát của Giáo sư Marin Soljacic và Giáo sư John Joannopoulos, bài báo đó đã trình bày về mặt lý thuyết cách các vật liệu hai chiều có thể tạo ra tia X.Theo Giáo sư Kaminer, “bài báo đó đã đánh dấu sự khởi đầu của hành trình hướng tới các nguồn bức xạ dựa trên tính chất vật lý độc đáo của vật liệu hai chiều và các tổ hợp khác nhau của chúng—cấu trúc dị thể.Chúng tôi đã xây dựng dựa trên bước đột phá lý thuyết từ bài báo đó để phát triển một loạt các bài báo tiếp theo, và bây giờ, chúng tôi rất vui mừng được công bố quan sát thực nghiệm đầu tiên về việc tạo ra bức xạ tia X từ các vật liệu như vậy, đồng thời kiểm soát chính xác các thông số bức xạ .”

Vật liệu hai chiều là những cấu trúc nhân tạo độc đáo đã gây bão cộng đồng khoa học vào khoảng năm 2004 với sự phát triển của graphene bởi các nhà vật lý Andre Geim và Konstantin Novoselov, những người sau này đã đoạt giải Nobel Vật lý năm 2010. Graphene là một cấu trúc nhân tạo của một độ dày nguyên tử đơn được làm từ các nguyên tử carbon.Các cấu trúc graphene đầu tiên được tạo ra bởi hai người đoạt giải Nobel bằng cách bóc các lớp than chì mỏng, “chất liệu viết” của bút chì, bằng cách sử dụng băng keo.Hai nhà khoa học và các nhà nghiên cứu sau đó đã phát hiện ra rằng graphene có các đặc tính độc đáo và đáng ngạc nhiên khác với các đặc tính của than chì: độ bền cực lớn, độ trong suốt gần như hoàn toàn, độ dẫn điện và khả năng truyền ánh sáng cho phép phát xạ—một khía cạnh liên quan đến bài báo hiện tại.Những tính năng độc đáo này làm cho graphene và các vật liệu hai chiều khác hứa hẹn cho các thế hệ cảm biến hóa học và sinh học, pin mặt trời, chất bán dẫn, màn hình, v.v. trong tương lai.

Một người đoạt giải Nobel khác nên được đề cập trước khi quay trở lại nghiên cứu hiện tại là Johannes Diderik van der Waals, người đã đoạt giải Nobel Vật lý đúng một trăm năm trước, vào năm 1910. Các vật liệu hiện được đặt theo tên ông—vdW materials—là trọng tâm của nghiên cứu Nghiên cứu của GS.Kaminer.Graphene cũng là một ví dụ về vật liệu vdW, nhưng nghiên cứu mới hiện phát hiện ra rằng các vật liệu vdW tiên tiến khác hữu ích hơn cho mục đích tạo ra tia X.Các nhà nghiên cứu của Technion đã sản xuất các vật liệu vdW khác nhau và gửi các chùm electron qua chúng ở các góc cụ thể dẫn đến phát xạ tia X một cách có kiểm soát và chính xác.Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã chứng minh khả năng điều chỉnh chính xác của phổ bức xạ ở độ phân giải chưa từng có, sử dụng tính linh hoạt trong việc thiết kế các họ vật liệu vdW.

Bài báo mới của nhóm nghiên cứu bao gồm các kết quả thực nghiệm và lý thuyết mới cùng nhau cung cấp bằng chứng về khái niệm cho một ứng dụng sáng tạo của vật liệu hai chiều như một hệ thống nhỏ gọn tạo ra bức xạ chính xác và có kiểm soát.

“Thí nghiệm và lý thuyết mà chúng tôi đã phát triển để giải thích nó đã đóng góp đáng kể vào việc nghiên cứu các tương tác giữa vật chất ánh sáng và mở đường cho các ứng dụng đa dạng trong chụp ảnh tia X (ví dụ như tia X y tế), quang phổ tia X được sử dụng để mô tả các vật liệu và các nguồn ánh sáng lượng tử trong tương lai trong chế độ tia X,” Giáo sư Kaminer nói.