Emissão de raios X por elétrons livres colidindo com um material van der Waals.Crédito: Technion – Instituto de Tecnologia de Israel
Os pesquisadores da Technion desenvolveram fontes de radiação precisas que devem levar a avanços em imagens médicas e outras áreas.Eles desenvolveram fontes de radiação precisas que podem substituir as instalações caras e pesadas atualmente usadas para tais tarefas.O aparato sugerido produz radiação controlada com um espectro estreito que pode ser sintonizado com alta resolução, com um investimento de energia relativamente baixo.As descobertas provavelmente levarão a avanços em vários campos, incluindo a análise de produtos químicos e materiais biológicos, imagens médicas, equipamentos de raios-X para triagem de segurança e outros usos de fontes precisas de raios-X.

Publicado na revista Nature Photonics, o estudo foi liderado pelo professor Ido Kaminer e seu aluno de mestrado Michael Shentcis como parte de uma colaboração com vários institutos de pesquisa do Technion: a Faculdade de Engenharia Elétrica Andrew e Erna Viterbi, o Solid State Institute, o Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) e o Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

O artigo dos pesquisadores mostra uma observação experimental que fornece a primeira prova de conceito para modelos teóricos desenvolvidos na última década em uma série de artigos constitutivos.O primeiro artigo sobre o assunto também apareceu na Nature Photonics.Escrito pelo Prof. Kaminer durante seu pós-doutorado no MIT, sob a supervisão do Prof. Marin Soljacic e do Prof. John Joannopoulos, esse artigo apresentou teoricamente como materiais bidimensionais podem criar raios-X.De acordo com o Prof. Kaminer, “esse artigo marcou o início de uma jornada em direção às fontes de radiação com base na física única de materiais bidimensionais e suas várias combinações – heteroestruturas.Aproveitamos o avanço teórico desse artigo para desenvolver uma série de artigos de acompanhamento e, agora, temos o prazer de anunciar a primeira observação experimental sobre a criação de radiação de raios-X a partir desses materiais, enquanto controlamos com precisão os parâmetros de radiação .”

Materiais bidimensionais são estruturas artificiais únicas que surpreenderam a comunidade científica por volta do ano de 2004 com o desenvolvimento do grafeno pelos físicos Andre Geim e Konstantin Novoselov, que mais tarde ganharam o Prêmio Nobel de Física em 2010. O grafeno é uma estrutura artificial de espessura atômica única feita de átomos de carbono.As primeiras estruturas de grafeno foram criadas pelos dois laureados com o Prêmio Nobel descascando finas camadas de grafite, o “material de escrita” do lápis, usando fita adesiva.Os dois cientistas e pesquisadores subsequentes descobriram que o grafeno tem propriedades únicas e surpreendentes, diferentes das propriedades do grafite: força imensa, transparência quase total, condutividade elétrica e capacidade de transmissão de luz que permite a emissão de radiação – um aspecto relacionado ao presente artigo.Essas características únicas tornam o grafeno e outros materiais bidimensionais promissores para futuras gerações de sensores químicos e biológicos, células solares, semicondutores, monitores e muito mais.

Outro laureado com o Nobel que deve ser mencionado antes de retornar ao presente estudo é Johannes Diderik van der Waals, que ganhou o Prêmio Nobel de Física exatamente cem anos antes, em 1910. Os materiais que levam seu nome - materiais vdW - são o foco de Pesquisa do Prof. Kaminer.O grafeno também é um exemplo de material vdW, mas o novo estudo agora descobriu que outros materiais vdW avançados são mais úteis para a produção de raios-X.Os pesquisadores do Technion produziram diferentes materiais vdW e enviaram feixes de elétrons através deles em ângulos específicos que levaram à emissão de raios-X de maneira controlada e precisa.Além disso, os pesquisadores demonstraram ajuste preciso do espectro de radiação em resolução sem precedentes, utilizando a flexibilidade na concepção de famílias de materiais vdW.

O novo artigo do grupo de pesquisa contém resultados experimentais e uma nova teoria que juntos fornecem uma prova de conceito para uma aplicação inovadora de materiais bidimensionais como um sistema compacto que produz radiação controlada e precisa.

“O experimento e a teoria que desenvolvemos para explicá-lo trazem uma contribuição significativa para o estudo das interações luz-matéria e abrem caminho para diversas aplicações em imagens de raios-X (raios-X médicos, por exemplo), espectroscopia de raios-X usada para caracterizar materiais e futuras fontes de luz quântica no regime de raios-X”, disse o Prof. Kaminer.