新研究將納米光子閃爍體效率提高10倍

據發表在最新一期《科學》雜志的論文，美國麻省理工學院研究人員展示了如何通過改變材料的表面，創建納米級配置(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。

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

雖然閃爍體已經使用了大約70年，但該領域的大部分研究都集中在開發產生更亮或更快發射光的新材料上，而新方法將納米技術的進步應用于現有材料。研究小組在閃爍體材料上以與發出的光波長相當的長度創建圖案，以此來改變材料的光學特性。

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。具體細節取決于結構和材料”。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，使用新系統，研究人員發現他們的預測與后續實驗的結果非常匹配。實驗表明，處理過的閃爍體的發射量提高了10倍，而且通過進一步微調納米級圖案的設計，發射量可提高100倍。

研究人員相信，在光與納米級結構材料相互作用的領域，計算模擬已實現了快速、實質性的改進，例如在太陽能電池和LED開發方面。新研究為閃爍材料開發的新模型可促進這項技術的類似飛躍。

研究人員表示，納米光子學技術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性。新研究第一次完全打開了這個“閃爍領域”，納米光子和閃爍體的結合最終可能實現更高分辨率、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構產生的閃爍水平。通過微調納米級圖案的設計，可以大幅提高閃爍體的效率，甚至提高百倍。納米光學和閃爍體的結合，未來可實現更高的分辨率，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域。傳統研究方法執著于研發新材料，而本文中的研究則是將新技術用于現有材料。兩者結合，碰撞出了非凡的效果。(科技日報記者 張夢然)