Hiệu quả của một số máy dò bức xạ có thể được tăng cường bằng cách thêm các mảng cấu trúc nano vào vật liệu của máy soi. Charles Roques-Carmes và các đồng nghiệp tại Viện Công nghệ Massachusetts đã chỉ ra cách các sửa đổi làm tăng lượng ánh sáng phát ra từ các máy soi chiếu lên hệ số mười khi vật liệu tiếp xúc với tia X hoặc các điện tử năng lượng cao.
Hiện tượng giãn nở xảy ra ở nhiều loại vật liệu - rắn, lỏng và khí - khi chúng tiếp xúc với bức xạ ion hóa. Bức xạ được hấp thụ bởi các nguyên tử hoặc phân tử của máy soi và một phần năng lượng được phát lại dưới dạng ánh sáng. Sau đó, ánh sáng có thể được phát hiện, cho phép các máy soi chiếu được sử dụng làm máy dò bức xạ với các ứng dụng bao gồm hình ảnh y tế, kiểm soát chất lượng công nghiệp và các thí nghiệm vật lý hạt.
Các nhà nghiên cứu luôn cố gắng phát triển các máy soi chiếu tốt hơn tạo ra nhiều ánh sáng hơn khi được chiếu xạ hoặc có độ trễ ngắn hơn giữa việc hấp thụ bức xạ và phát xạ ánh sáng. Hầu hết các nghiên cứu cho đến nay đều tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới có độ soi sáng hơn, nhanh hơn và có kiểm soát hơn - nhưng điều này có thể tốn kém và mất thời gian.
Trong nghiên cứu của mình, nhóm nghiên cứu của Roques-Carmes đã thực hiện một cách tiếp cận đơn giản hơn dựa trên phương pháp quang âm nano. Họ đã tính toán rằng sự soi sáng trong vật liệu có thể được tăng cường bằng cách kết hợp các tính năng ở kích thước nano lên bề mặt của vật liệu nung kết. Kích thước của những đặc điểm này phải được so sánh với bước sóng của ánh sáng được phát ra bởi các ống soi.
Lý thuyết thống nhất
Để khám phá ý tưởng này, trước tiên, các nhà nghiên cứu đã phát triển một lý thuyết thống nhất về máy soi quang âm nano - có thể dự đoán từ những nguyên tắc đầu tiên về cách bức xạ ion hóa tương tác với bề mặt cấu trúc nano bất kỳ vật liệu tùy ý nào. Sau đó, họ đã thiết kế một phương pháp để tích hợp các cấu trúc âm sắc nano vào các máy soi chiếu hiện có. Điều này có thể được thực hiện bằng cách khắc trực tiếp các mẫu lên ống soi hoặc gắn một lớp lên trên vật liệu, được khắc bằng một mảng lỗ.
Roques-Carmes và các đồng nghiệp sau đó đã thực hiện một loạt các thí nghiệm để xác nhận các tính toán của họ. Họ khắc các lưới lỗ tròn đều đặn lên bề mặt của hai loại máy soi chiếu khác nhau - một loại dùng để phát hiện tia X và loại kia dùng để phát hiện các electron. Những lỗ này sâu hàng chục nanomet và có bán kính khoảng 200 nm.
Trong cả hai máy soi sáng, nhóm nghiên cứu đã đo được sự gia tăng gấp XNUMX lần sản lượng ánh sáng ở những vùng có cấu trúc nano. Thông qua những cải tiến hơn nữa, họ hy vọng rằng cách tiếp cận tổng quát của họ có thể dẫn đến một loại máy soi mới sáng hơn, nhanh hơn và có độ phân giải cao hơn, với sự cải tiến gấp trăm lần trên các vật liệu hiện có.
Nếu đạt được, điều này có thể dẫn đến những tiến bộ đầy hứa hẹn trong một loạt các ứng dụng: bao gồm hình ảnh X quang y tế chất lượng cao hơn được tạo ra bằng cách sử dụng liều lượng tia X thấp hơn. Điều này có thể cải thiện đáng kể độ an toàn của hình ảnh X-quang, đặc biệt đối với những bệnh nhân trẻ hơn và những người cần tầm soát định kỳ. Ở những nơi khác, kỹ thuật này có thể dẫn đến độ phân giải cao hơn trong máy dò hạt và kính hiển vi điện tử, cũng như kiểm tra nhanh hơn và chất lượng cao hơn đối với các bộ phận được sản xuất.
Nghiên cứu được mô tả trong Khoa học.
Các bài viết Các mẫu nanophotonic làm cho máy soi chiếu sáng hơn xuất hiện đầu tiên trên Thế giới vật lý.
