Émission de rayons X par des électrons libres frappant un matériau de van der Waals.Crédit : Technion - Institut israélien de technologie
Les chercheurs du Technion ont développé des sources de rayonnement précises qui devraient conduire à des percées dans l'imagerie médicale et dans d'autres domaines.Ils ont développé des sources de rayonnement précises qui peuvent remplacer les installations coûteuses et encombrantes actuellement utilisées pour de telles tâches.L'appareil suggéré produit un rayonnement contrôlé avec un spectre étroit qui peut être réglé avec une haute résolution, avec un investissement énergétique relativement faible.Les résultats sont susceptibles de conduire à des percées dans divers domaines, notamment l'analyse de produits chimiques et de matériaux biologiques, l'imagerie médicale, l'équipement à rayons X pour le contrôle de sécurité et d'autres utilisations de sources de rayons X précises.

Publiée dans la revue Nature Photonics, l'étude a été menée par le professeur Ido Kaminer et son étudiant à la maîtrise Michael Shentcis dans le cadre d'une collaboration avec plusieurs instituts de recherche du Technion : la Faculté de génie électrique Andrew et Erna Viterbi, le Solid State Institute, le Russell Berrie Nanotechnology Institute (RBNI) et le Helen Diller Center for Quantum Science, Matter and Engineering.

L'article des chercheurs montre une observation expérimentale qui fournit la première preuve de concept pour les modèles théoriques développés au cours de la dernière décennie dans une série d'articles constitutifs.Le premier article sur le sujet est également paru dans Nature Photonics.Rédigé par le professeur Kaminer lors de son post-doctorat au MIT, sous la supervision du professeur Marin Soljacic et du professeur John Joannopoulos, cet article présentait théoriquement comment les matériaux bidimensionnels peuvent créer des rayons X.Selon le professeur Kaminer, « cet article a marqué le début d'un voyage vers des sources de rayonnement basées sur la physique unique des matériaux bidimensionnels et leurs diverses combinaisons - les hétérostructures.Nous nous sommes appuyés sur la percée théorique de cet article pour développer une série d'articles de suivi, et maintenant, nous sommes ravis d'annoncer la première observation expérimentale sur la création de rayonnement X à partir de tels matériaux, tout en contrôlant précisément les paramètres de rayonnement. .”

Les matériaux bidimensionnels sont des structures artificielles uniques qui ont pris d'assaut la communauté scientifique vers l'année 2004 avec le développement du graphène par les physiciens Andre Geim et Konstantin Novoselov, qui ont ensuite remporté le prix Nobel de physique en 2010. Le graphène est une structure artificielle d'un épaisseur atomique unique constituée d'atomes de carbone.Les premières structures de graphène ont été créées par les deux lauréats du prix Nobel en décollant de fines couches de graphite, le "matériel d'écriture" du crayon, à l'aide de ruban adhésif.Les deux scientifiques et les chercheurs suivants ont découvert que le graphène possède des propriétés uniques et surprenantes qui sont différentes des propriétés du graphite : une résistance immense, une transparence presque complète, une conductivité électrique et une capacité de transmission de la lumière qui permet l'émission de rayonnement, un aspect lié au présent article.Ces caractéristiques uniques rendent le graphène et d'autres matériaux bidimensionnels prometteurs pour les futures générations de capteurs chimiques et biologiques, de cellules solaires, de semi-conducteurs, de moniteurs, etc.

Un autre lauréat du prix Nobel qu'il convient de mentionner avant de revenir à la présente étude est Johannes Diderik van der Waals, qui a remporté le prix Nobel de physique exactement cent ans plus tôt, en 1910. Les matériaux qui portent aujourd'hui son nom - les matériaux vdW - sont au centre de Les recherches du professeur Kaminer.Le graphène est également un exemple de matériau vdW, mais la nouvelle étude révèle maintenant que d'autres matériaux vdW avancés sont plus utiles pour produire des rayons X.Les chercheurs du Technion ont produit différents matériaux vdW et ont envoyé des faisceaux d'électrons à travers eux à des angles spécifiques qui ont conduit à une émission de rayons X de manière contrôlée et précise.De plus, les chercheurs ont démontré une accordabilité précise du spectre de rayonnement à une résolution sans précédent, en utilisant la flexibilité dans la conception de familles de matériaux vdW.

Le nouvel article du groupe de recherche contient des résultats expérimentaux et une nouvelle théorie qui, ensemble, fournissent une preuve de concept pour une application innovante de matériaux bidimensionnels en tant que système compact produisant un rayonnement contrôlé et précis.

« L'expérience et la théorie que nous avons développée pour l'expliquer apportent une contribution significative à l'étude des interactions lumière-matière et ouvrent la voie à des applications variées en imagerie par rayons X (rayons X médicaux, par exemple), la spectroscopie des rayons X utilisée pour caractériser les matériaux et les futures sources de lumière quantique dans le régime des rayons X », a déclaré le professeur Kaminer.