由范德华材料制备的可调谐自由电子X射线

　　以色列理工学院的研究人员开发出了一种精准的辐射源，有潜力取代目前所使用的昂贵且笨重的设备。新型设备可产生可控的窄谱带辐射，可在相对较低输入能量下进行高分辨率的调谐。这项发明可能给许多领域带来突破，包括化学生物材料分析，医学成像，用于安检的X射线设备，以及其他使用高精度X射线光源的领域。

 

　　此项研究发表在Nature Photonics上，由Ido Kaminer教授及其研究生Michael Shentcis主导。研究的其他参与者包括以色列理工学院其他几个系：Andrew and Erna Viterbi电气工程学院，固态研究所，Russell Berrie纳米技术研究所，以及Helen Diller量子科学、物质和工程中心。

 

　　研究人员的论文首次在实验上成功为过去十年间发表的一系列文章中提出的理论提供了概念证明。此系列文章中的第一篇也发表在Nature Photonics上，由Kaminer教授在麻省理工学院做博士后期间发表，期间Marin Soljacic 教授和John Joannopoulos教授是其导师；文章阐述了二维材料产生X射线的理论依据。Kaminer教授说：“这篇文章开启了基于二维材料及其不同组合（异质结构）的辐射源理论，我们在此篇文章理论创新的基础上，发表了一系列后续文章，现在，我们激动地宣布首次在实验中观察到由这种材料产生可精确控制辐射参数的X射线辐射。”

 

　　二维材料有着独特的人工结构，2004年，物理学家Andre Geim 和Konstantin Novoselov（两人于2010年获得了诺贝尔物理学奖）对石墨烯的研究震惊了整个科学界。石墨烯是一种由碳原子构成的单原子厚人工结构，世界上首个石墨烯结构是由Andre Geim 和Konstantin Novoselov使用布基胶带剥离石墨（即铅笔内芯）创造出来的。之后的研究人员发现，石墨烯结构拥有完全不同于石墨的独特特性：强度大、几乎完全透明、导电，以及可以使辐射透出的透光能力。这些特性使得石墨烯以及其他二维材料为新一代化学和生物传感器，太阳能电池，半导体，显示器等提供了机会。

 

　　在回到最新研究之前，不得不提到另一位诺贝尔奖得主：在一百多年前的1910年，荣获诺贝尔物理学奖的Johannes Diderik van der Waals。如今这种以他的名字命名的材料——范德华材料（vdW materials），是Kaminer教授研究的重点。石墨烯也是一种范德华材料，但是最新的研究表明，其他范德华材料在产生X射线辐射方面要优越的多。以色列理工学院的研究人员制造了多种范德华材料，并将电子束以特定角度穿过材料，以产生可精准控制的X射线辐射。更甚一步，研究人员利用所设计一系列范德华材料的灵活性，实现了对辐射光谱以前所未有精度的精准调谐。

 

　　研究小组发表的这篇最新文章包含了实验结果和新的理论模型，为作为一个紧凑系统的二维材料的创新应用——即产生可控的精准辐射——提供了概念上的证明。

 

　　卡米纳教授说：“我们开发的实验和理论对研究光-物质相互作用做出了重大贡献，并为X射线成像（如医用X射线）、用于表征材料的X射线光谱学以及未来X射线体系中的量子光源等领域的各种应用奠定了基础。”