Emisi sinar-X oleh elektron bebas yang menimpa bahan van der Waals.Kredit: Technion – Institut Teknologi Israel
Peneliti Technion telah mengembangkan sumber radiasi akurat yang diharapkan dapat menghasilkan terobosan dalam pencitraan medis dan area lainnya.Mereka telah mengembangkan sumber radiasi yang tepat yang dapat menggantikan fasilitas mahal dan rumit yang saat ini digunakan untuk tugas tersebut.Alat yang disarankan menghasilkan radiasi terkontrol dengan spektrum sempit yang dapat disetel dengan resolusi tinggi, dengan investasi energi yang relatif rendah.Temuan ini kemungkinan akan mengarah pada terobosan di berbagai bidang, termasuk analisis bahan kimia dan biologis, pencitraan medis, peralatan sinar-X untuk pemeriksaan keamanan, dan penggunaan lain dari sumber sinar-X yang akurat.

Diterbitkan di jurnal Nature Photonics, penelitian ini dipimpin oleh Profesor Ido Kaminer dan mahasiswa masternya Michael Shentcis sebagai bagian dari kolaborasi dengan beberapa lembaga penelitian di Technion: Fakultas Teknik Elektro Andrew dan Erna Viterbi, Solid State Institute, the Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI), dan Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

Makalah para peneliti menunjukkan pengamatan eksperimental yang memberikan pembuktian konsep pertama untuk model teoretis yang dikembangkan selama dekade terakhir dalam serangkaian artikel konstitutif.Artikel pertama tentang subjek ini juga muncul di Nature Photonics.Ditulis oleh Prof. Kaminer selama pascadoktoralnya di MIT, di bawah pengawasan Prof. Marin Soljacic dan Prof. John Joannopoulos, makalah tersebut memaparkan secara teoritis bagaimana materi dua dimensi dapat menghasilkan sinar-X.Menurut Prof. Kaminer, “artikel tersebut menandai awal perjalanan menuju sumber radiasi berdasarkan fisika unik dari material dua dimensi dan berbagai kombinasinya—heterostruktur.Kami telah mengembangkan terobosan teoretis dari artikel tersebut untuk mengembangkan serangkaian artikel tindak lanjut, dan sekarang, kami dengan senang hati mengumumkan pengamatan eksperimental pertama tentang penciptaan radiasi sinar-X dari bahan semacam itu, sekaligus mengontrol parameter radiasi secara tepat. .”

Bahan dua dimensi adalah struktur buatan unik yang menggemparkan komunitas ilmiah sekitar tahun 2004 dengan pengembangan graphene oleh fisikawan Andre Geim dan Konstantin Novoselov, yang kemudian memenangkan Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2010. Graphene adalah struktur buatan dari a ketebalan atom tunggal yang terbuat dari atom karbon.Struktur graphene pertama dibuat oleh dua peraih Nobel dengan mengelupas lapisan tipis grafit, "bahan tulis" pensil, menggunakan lakban.Kedua ilmuwan dan peneliti selanjutnya menemukan bahwa graphene memiliki sifat unik dan mengejutkan yang berbeda dari sifat grafit: kekuatan luar biasa, transparansi hampir sempurna, konduktivitas listrik, dan kemampuan transmisi cahaya yang memungkinkan emisi radiasi—aspek yang terkait dengan artikel ini.Fitur unik ini membuat graphene dan bahan dua dimensi lainnya menjanjikan untuk sensor kimia dan biologi generasi mendatang, sel surya, semikonduktor, monitor, dan banyak lagi.

Peraih Nobel lain yang harus disebutkan sebelum kembali ke penelitian ini adalah Johannes Diderik van der Waals, yang memenangkan Hadiah Nobel Fisika tepat seratus tahun sebelumnya, pada tahun 1910. Bahan yang sekarang dinamai menurut namanya—bahan vdW—adalah fokus dari Penelitian Prof Kaminer.Graphene juga merupakan contoh bahan vdW, tetapi studi baru sekarang menemukan bahwa bahan vdW canggih lainnya lebih berguna untuk tujuan menghasilkan sinar-X.Para peneliti Technion telah menghasilkan bahan vdW yang berbeda dan mengirimkan sinar elektron melaluinya pada sudut tertentu yang menghasilkan emisi sinar-X dengan cara yang terkontrol dan akurat.Selain itu, para peneliti menunjukkan kemampuan spektrum radiasi yang tepat pada resolusi yang belum pernah terjadi sebelumnya, memanfaatkan fleksibilitas dalam merancang keluarga bahan vdW.

Artikel baru oleh kelompok riset berisi hasil eksperimen dan teori baru yang bersama-sama memberikan pembuktian konsep untuk aplikasi inovatif bahan dua dimensi sebagai sistem kompak yang menghasilkan radiasi yang terkontrol dan akurat.

“Eksperimen dan teori yang kami kembangkan untuk menjelaskannya memberikan kontribusi yang signifikan untuk mempelajari interaksi materi cahaya dan membuka jalan bagi berbagai aplikasi dalam pencitraan sinar-X (sinar-X medis, misalnya), spektroskopi sinar-X digunakan untuk mengkarakterisasi material, dan sumber cahaya kuantum masa depan dalam rezim sinar-X,” kata Prof. Kaminer.