據(jù)發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志的論文，美國麻省理工學(xué)院研究人員展示了如何通過改變材料的表面，創(chuàng)建納米級配置(例如波狀脊陣列)的方法，新研究將閃爍體的效率提高至少10倍，甚至可能提高100倍。

閃爍體常用于醫(yī)療或牙科X射線系統(tǒng)中，將傳入的X射線轉(zhuǎn)換為可見光，還用于夜視系統(tǒng)和研究，例如粒子探測器或電子顯微鏡。團隊認為，新方法有望改進醫(yī)學(xué)診斷X射線或CT掃描，減少劑量暴露并提高圖像質(zhì)量，還可用于質(zhì)量控制，如制造零件的X射線檢測。新的閃爍體可實現(xiàn)更高精度或更快速度的檢測。

雖然閃爍體已經(jīng)使用了大約70年，但該領(lǐng)域的大部分研究都集中在開發(fā)產(chǎn)生更亮或更快發(fā)射光的新材料上，而新方法將納米技術(shù)的進步應(yīng)用于現(xiàn)有材料。研究小組在閃爍體材料上以與發(fā)出的光波長相當?shù)拈L度創(chuàng)建圖案，以此來改變材料的光學(xué)特性。

為制造這種“納米光子閃爍體”， 研究人員說，“你可直接在閃爍體內(nèi)部制作圖案，也可黏在另一種具有納米級孔洞的材料上。具體細節(jié)取決于結(jié)構(gòu)和材料”。團隊使用了一個閃爍體并制作了間隔大約一個光學(xué)波長(約500納米)的孔。

這一框架涉及融合3種不同類型的物理學(xué)，使用新系統(tǒng)，研究人員發(fā)現(xiàn)他們的預(yù)測與后續(xù)實驗的結(jié)果非常匹配。實驗表明，處理過的閃爍體的發(fā)射量提高了10倍，而且通過進一步微調(diào)納米級圖案的設(shè)計，發(fā)射量可提高100倍。

研究人員相信，在光與納米級結(jié)構(gòu)材料相互作用的領(lǐng)域，計算模擬已實現(xiàn)了快速、實質(zhì)性的改進，例如在太陽能電池和LED開發(fā)方面。新研究為閃爍材料開發(fā)的新模型可促進這項技術(shù)的類似飛躍。

研究人員表示，納米光子學(xué)技術(shù)提供了定制和增強光行為的新的力量，但之前是無法做到這一點的，因為對閃爍進行建模非常具有挑戰(zhàn)性。新研究第一次完全打開了這個“閃爍領(lǐng)域”，納米光子和閃爍體的結(jié)合最終可能實現(xiàn)更高分辨率、更低射線劑量的X射線成像。

總編輯圈點：

研究開發(fā)出了一種理論和框架，可使研究人員能夠計算出任意配置的納米光子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的閃爍水平。通過微調(diào)納米級圖案的設(shè)計，可以大幅提高閃爍體的效率，甚至提高百倍。納米光學(xué)和閃爍體的結(jié)合，未來可實現(xiàn)更高的分辨率，減少射線劑量，總之，能讓閃爍體更亮、更快、更強，還可定制化。這一方法可用于使用閃爍體的所有領(lǐng)域。傳統(tǒng)研究方法執(zhí)著于研發(fā)新材料，而本文中的研究則是將新技術(shù)用于現(xiàn)有材料。兩者結(jié)合，碰撞出了非凡的效果。(科技日報記者 張夢然)