Desde su descubrimiento en 1895, Los rayos X han dado lugar a importantes avances en la ciencia, medicina e industria. Desde sondear galaxias distantes hasta inspeccionar la seguridad de los aeropuertos y facilitar el diagnóstico médico, nos han permitido mirar más allá de la superficie y ver lo que hay debajo.

Ahora, una colaboración entre el Instituto de Tecnología de Fabricación de Singapur A * STAR (SIMTech) y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en los EE. UU. ha propuesto un versátil, Fuente de rayos X direccional que podría caber en una mesa de laboratorio y se basa en el intrigante material bidimensional de grafeno.

Los rayos X son ondas electromagnéticas de alta frecuencia que se pueden generar mediante la tecnología de tubos de rayos X o de fuentes enormes como sincrotrones y láseres de electrones libres de kilómetros de largo.

Pero las fuentes de tubos de rayos X, popularmente utilizado en diagnósticos médicos, emiten radiación en todas direcciones, desperdiciando una cantidad significativa de los rayos X generados. Tampoco son 'sintonizables', lo que significa que se debe instalar una fuente de rayos X diferente en un dispositivo de diagnóstico para cada longitud de onda deseada.

Láseres de electrones libres de kilómetros de longitud, por otra parte, puede producir intenso, rayos X sintonizables al acelerar los electrones libres a energías extremadamente altas y luego hacer que se 'muevan' usando imanes. Pero estas enormes fuentes de rayos X solo existen en unos pocos lugares del mundo y están alojadas en muy grandes, costosas instalaciones.

Una fuente de rayos X que sea pequeña y poderosa ha sido muy buscada durante algún tiempo.

Para tal fin, el equipo de investigadores de SIMTech-MIT empleó grafeno, una hoja de átomos de carbono de un átomo de espesor, cuales, entre otras cosas, puede soportar plasmones:colecciones de oscilaciones electrónicas que se pueden utilizar para confinar y manipular la luz en escalas de alrededor de diez nanómetros.

El equipo desarrolló primero una robusta herramienta de simulación que modela la física exacta de los electrones que interactúan con un campo de plasmón sostenido en una hoja de grafeno depositada en una pieza de 'dieléctrico'. o aislante, material. Al realizar simulaciones numéricas, el equipo demostró que esta configuración induce un movimiento de 'meneo' en los electrones disparados a través de los plasmones de grafeno, haciendo que los electrones produzcan radiación de rayos X de alta frecuencia. Las simulaciones coincidieron con la teoría analítica desarrollada por el equipo para explicar cómo interactúan los electrones y los plasmones para producir rayos X.

Una característica destacada de dicha fuente será su 'capacidad de puntería', lo que aumentará la eficiencia y, por lo tanto, reducirá los costos al garantizar que toda la radiación generada vaya a donde está destinada. Esto hará que la fuente sea prometedora para tratamientos médicos, ya que podría usarse para atacar tumores con mayor precisión y, por lo tanto, minimizar el daño a los órganos y células circundantes.

Quizás lo más atractivo sea la versatilidad de la fuente. La frecuencia de radiación de salida se puede sintonizar en tiempo real desde rayos infrarrojos más largos hasta rayos X más cortos modificando varios elementos de la fuente, como la velocidad de los electrones, la frecuencia de los plasmones de grafeno y la conductividad del grafeno.

Este flexible La fuente compacta es prometedora como alternativa rentable a los haces de alta intensidad utilizados para la investigación científica y biomédica fundamental. "Aunque queda un largo camino por recorrer hasta la realización real, esta es una dirección de investigación muy interesante, ", dice Liang Jie Wong de SIMTech." Desarrollar una fuente de rayos X intensa que pueda caber en una mesa o sostenerse en la mano podría revolucionar muchas áreas de la ciencia y la tecnología ".

A continuación, el equipo planea verificar experimentalmente su concepto con ensayos de prueba de principio.