Pembebasan sinar-X oleh elektron bebas yang terkena pada bahan van der Waals.Kredit: Technion – Institut Teknologi Israel
Penyelidik teknologi telah membangunkan sumber sinaran tepat yang dijangka membawa kepada kejayaan dalam pengimejan perubatan dan kawasan lain.Mereka telah membangunkan sumber sinaran tepat yang mungkin menggantikan kemudahan mahal dan menyusahkan yang kini digunakan untuk tugas-tugas tersebut.Radas yang dicadangkan menghasilkan sinaran terkawal dengan spektrum sempit yang boleh ditala dengan resolusi tinggi, pada pelaburan tenaga yang agak rendah.Penemuan ini berkemungkinan membawa kepada penemuan dalam pelbagai bidang, termasuk analisis bahan kimia dan biologi, pengimejan perubatan, peralatan X-ray untuk pemeriksaan keselamatan, dan penggunaan lain sumber sinar-X yang tepat.

Diterbitkan dalam jurnal Nature Photonics, kajian itu diketuai oleh Profesor Ido Kaminer dan pelajar sarjananya Michael Shentcis sebagai sebahagian daripada kerjasama dengan beberapa institut penyelidikan di Technion: Fakulti Kejuruteraan Elektrik Andrew dan Erna Viterbi, Institut Negeri Pepejal, Institut Nanoteknologi Russell Berrie (RBNI), dan Pusat Helen Diller untuk Sains Kuantum, Jirim dan Kejuruteraan.

Kertas penyelidik menunjukkan pemerhatian eksperimen yang menyediakan bukti konsep pertama untuk model teori yang dibangunkan sejak sedekad lalu dalam satu siri artikel konstitutif.Artikel pertama mengenai subjek itu juga muncul dalam Nature Photonics.Ditulis oleh Prof. Kaminer semasa postdocnya di MIT, di bawah seliaan Prof. Marin Soljacic dan Prof. John Joannopoulos, kertas itu membentangkan secara teorinya bagaimana bahan dua dimensi boleh mencipta sinar-X.Menurut Prof. Kaminer, “artikel itu menandakan permulaan perjalanan ke arah sumber sinaran berdasarkan fizik unik bahan dua dimensi dan pelbagai kombinasinya—struktur hetero.Kami telah membina terobosan teori daripada artikel itu untuk membangunkan satu siri artikel susulan, dan kini, kami teruja untuk mengumumkan pemerhatian eksperimen pertama mengenai penciptaan sinaran sinar-X daripada bahan tersebut, sambil mengawal parameter sinaran dengan tepat .”

Bahan dua dimensi ialah struktur buatan unik yang melanda komuniti saintifik sekitar tahun 2004 dengan pembangunan graphene oleh ahli fizik Andre Geim dan Konstantin Novoselov, yang kemudiannya memenangi Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 2010. Graphene ialah struktur buatan bagi ketebalan atom tunggal yang diperbuat daripada atom karbon.Struktur graphene pertama dicipta oleh dua pemenang Nobel dengan mengelupas lapisan nipis grafit, "bahan tulisan" pensel, menggunakan pita pelekat.Kedua-dua saintis dan penyelidik seterusnya mendapati bahawa graphene mempunyai sifat unik dan mengejutkan yang berbeza daripada sifat grafit: kekuatan besar, ketelusan hampir lengkap, kekonduksian elektrik, dan keupayaan pemancar cahaya yang membenarkan pancaran sinaran—suatu aspek yang berkaitan dengan artikel ini.Ciri unik ini menjadikan graphene dan bahan dua dimensi lain menjanjikan generasi akan datang bagi penderia kimia dan biologi, sel suria, semikonduktor, monitor dan banyak lagi.

Pemenang Nobel lain yang harus disebut sebelum kembali ke kajian ini ialah Johannes Diderik van der Waals, yang memenangi Hadiah Nobel dalam Fizik tepat seratus tahun lebih awal, pada tahun 1910. Bahan-bahan yang kini dinamakan sempena namanya—bahan vdW—adalah tumpuan Penyelidikan Prof. Kaminer.Graphene juga merupakan contoh bahan vdW, tetapi kajian baharu kini mendapati bahan vdW lanjutan lain lebih berguna untuk tujuan menghasilkan sinar-X.Para penyelidik Technion telah menghasilkan bahan vdW yang berbeza dan menghantar pancaran elektron melaluinya pada sudut tertentu yang membawa kepada pancaran sinar-X dengan cara terkawal dan tepat.Tambahan pula, para penyelidik menunjukkan kesesuaian tepat spektrum sinaran pada resolusi yang tidak pernah berlaku sebelum ini, menggunakan fleksibiliti dalam mereka bentuk keluarga bahan vdW.

Artikel baharu oleh kumpulan penyelidik itu mengandungi keputusan eksperimen dan teori baharu yang bersama-sama menyediakan bukti konsep untuk aplikasi inovatif bahan dua dimensi sebagai sistem padat yang menghasilkan sinaran terkawal dan tepat.

“Eksperimen dan teori yang kami bangunkan untuk menjelaskannya memberi sumbangan penting kepada kajian interaksi jirim cahaya dan membuka jalan untuk pelbagai aplikasi dalam pengimejan X-ray (X-ray perubatan, contohnya), spektroskopi X-ray digunakan untuk mencirikan bahan, dan sumber cahaya kuantum masa hadapan dalam rejim sinar-X,” kata Prof. Kaminer.