يمكن تعزيز كفاءة بعض أجهزة الكشف عن الإشعاع عن طريق إضافة مصفوفات البنية النانوية إلى المواد الوامضة. تشارلز روكس كارمز أظهر وزملاؤه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كيف أن التعديلات تزيد من كمية الضوء المنبعث من المؤثرات الضوئية بمقدار عشرة أضعاف عندما تتعرض المواد إما للأشعة السينية أو للإلكترونات عالية الطاقة.
يحدث التلألؤ في مجموعة من المواد - الصلبة والسائلة والغازية - عند تعرضها للإشعاع المؤين. يتم امتصاص الإشعاع بواسطة ذرات أو جزيئات وميض ويتم إعادة بعث بعض الطاقة كضوء. يمكن بعد ذلك الكشف عن الضوء ، مما يسمح باستخدام أجهزة التلألؤ ككاشفات للإشعاع مع تطبيقات تشمل التصوير الطبي ومراقبة الجودة الصناعية وتجارب فيزياء الجسيمات.
يحاول الباحثون دائمًا تطوير وميض أفضل ينتج المزيد من الضوء عند التعرض للإشعاع أو يكون له تأخير أقصر بين امتصاص الإشعاع وانبعاث الضوء. ركزت معظم الدراسات حتى الآن على تطوير مواد جديدة ذات وميض أكثر إشراقًا وأسرع وأكثر تحكمًا - ولكن هذا قد يكون مكلفًا ويستغرق وقتًا طويلاً.
في دراستهم ، اتخذ فريق Roques-Carmes نهجًا أبسط يعتمد على الفوتونات النانوية. لقد حسبوا أنه يمكن تحسين التلألؤ في المواد من خلال دمج ميزات المقياس النانوي على أسطح المواد المتلألئة. يجب أن تكون أحجام هذه الميزات قابلة للمقارنة مع الأطوال الموجية للضوء المنبعث من المؤشرات الوامضة.
النظرية الموحدة
لاستكشاف هذه الفكرة ، طور الباحثون لأول مرة نظرية موحدة للميضات النانوية - والتي يمكن أن تتنبأ من المبادئ الأولى بكيفية تفاعل الإشعاع المؤين مع السطح النانوي لأي مادة عشوائية. بعد ذلك ، قاموا بتصميم طريقة لدمج الهياكل النانوية الفوتونية في أجهزة التلألؤ الموجودة. يمكن القيام بذلك إما عن طريق حفر الأنماط على جهاز التلألؤ مباشرة ، أو إرفاق طبقة فوق المادة ، محفورة بمجموعة من الثقوب.
ثم أجرى روكس كارمز وزملاؤه سلسلة من التجارب التي أكدت حساباتهم. لقد قاموا بحفر شبكات منتظمة من الثقوب الدائرية على أسطح نوعين مختلفين من أجهزة التلألؤ - أحدهما يستخدم للكشف عن الأشعة السينية والآخر يستخدم للكشف عن الإلكترونات. كانت هذه الثقوب على عمق عشرات النانومتر وكان نصف قطرها حوالي 200 نانومتر.
قام الفريق في كلا الملمعين بقياس زيادة قدرها عشرة أضعاف في إنتاج الضوء في المناطق التي تحتوي على الهياكل النانوية. من خلال مزيد من التحسينات ، يأملون أن يؤدي نهجهم المعمم إلى فئة جديدة من أجهزة التلألؤ الأكثر إشراقًا وأسرع وأعلى دقة ، مع تحسين مائة ضعف على المواد الموجودة.
إذا تم تحقيق ذلك ، فقد يؤدي ذلك إلى تطورات واعدة في مجموعة متنوعة من التطبيقات: بما في ذلك صور الأشعة السينية الطبية عالية الجودة التي يتم إنتاجها باستخدام جرعات أقل من الأشعة السينية. هذا يمكن أن يحسن بشكل كبير من سلامة التصوير بالأشعة السينية ، خاصة للمرضى الأصغر سنا وأولئك الذين يحتاجون إلى فحص روتيني. في مكان آخر ، يمكن أن تؤدي هذه التقنية إلى دقة أعلى في أجهزة الكشف عن الجسيمات والمجاهر الإلكترونية ، فضلاً عن عمليات فحص أسرع وأعلى جودة للأجزاء المصنعة.
تم وصف البحث في علوم.
وظيفة تجعل الأنماط الفوتونية النانوية لمعانًا أكثر إشراقًا ظهرت للمرة الأولى على عالم الفيزياء.
