Ugledni naš fizičar s američkom adresom, prof. dr. sc. Marin Soljačić s Massachusetts Institute of Technology, s kolegama je objavio novi važan rad o novoj metodi koja bi mogla značajno doprinijeti kvaliteti uređaja poput lasera, elektronskih mikroskopa, rendgena ili CT-a. Riječ je o mogućnosti da se za stotinu puta poveća svjetlosna emisija iz interakcije elektrona i fotona. Rad je objavljen u novom broju Naturea pod naslovom Photonic flatband resonances for free-electron radiation. Kako se objašnjava, način na koji se odvija interakcija elektrona s fotonima, osnovnim djelićima energije elektromagnetskoga zračenja, odnosno elementarnih čestica koje posreduju u prenošenju elektromagnetskoga međudjelovanja, ključan je za mnoge moderne tehnologije od kojh smo neke spomenuli.
- Istraživanja u ovom polju bi se mogla koristiti u principu i za CT. Također bi se mogla možda koristiti i za nove izvore svjetlosti, pogotovo u valnim duljinama koje su inače teže dostupne poput ultraljubičastih i sličnih, a koje su potencijalno od koristi recimo za sanitizaciju od virusa, čišćenje vode i slično, objasnio nam je prof. Soljačić.
No, riječ je o nasljedno slaboj interakciji zbog velike neusklađenosti u veličini, jer je valjna duljina vidljive svjetlosti oko tisuću puta veća od elektrona, pa je način na koji elektroni i fotoni utječu jedni na druge ograničen zbog tog dispariteta. I sada je Soljačić s kolegama koji rade na uglednim znanstvenim ustanovama a poput, dakako, MIT-a, kao i Harvarda i Instituta za tehnologiju Technion-Israel pronašao inovativan način kako se tu interakciju između fotona i elektrona može pojačati. Riječ je o procesu kojim se za stotinu puta pojačava emisija svjetlosti iz fenomena koji se zove Smith-Purcellovo zračenje.
Fenomen je dobio ime po nobelovcu Edwardu Purcellu i njegovom studentu Steveu Smithu. Rezultati novog rada prof. Soljačića objavljeni u novom radu u Natureu naznačuju potencijalne implikacije i u komercijalnoj primjeni i u temeljnim znanstvenim istraživanjima. Također, uvjeti za razne vrste primjena, procjenuju na MIT-u, stvorili bi se za dvije do pet godina što je zapravo prilično brzo.
Kako nam je prof. Soljačić objasnio, to će u početku više biti primjene u laboratorijskim uvjetima, odnosno drugi istraživači će početi koristiti te tehnike da ih unaprijede, ili da s njima rade različite eksperimente, dakle mora proći još vremena do "prave" komercijalizacije.
U radu se opisuju i računalne simulacije i laboratorijski pokusi kroz koje su znanstvenici shvatili kako snop elektrona u kombinaciji s posebno napravljenim fotoničnim kristalom, odnosno izoliranom silicijskom pločom protkanom nanometarskim otvorima, može teoretski omoguciti nekoliko puta snažnije emisije od onih pri uobičajenom Smith-Purcellovom zračenju. Ta su predviđanja potvrđena i u praksi kada su znanstvenici postigli stotinu puta veće zračenje u laboratorijskom pokusu.
Ova metoda koju Soljačić i kolege opisuju u novom radu za razliku od ostalih može se prilagođavati, proizvoditi zračenja bilo koje željene valne duljine gdje se jednostavno prilagođava veličina fotonske strukture i brzina elektrona. I to je čini posebno vrijednom kada je potrebno zračenje efikasno postići na raznim valnim duljinama, odnosno kada se radi o terahercnim valovima, ultraljubičastom svjetlu ili X-zrakama.
- Naš prethodni rad u Scienceu od prije par mjeseci bi potencijalno mogao omogućiti CT sa manje zračenja. Ovaj sadašnji rad je nešto drukčiji: možda bi jednog dana mogao omogućiti CT-e s boljom rezolucijom, ali ipak još ne u bližoj budućnosti, kazao nam je prof. Soljačić.
Koncept interakcije fotona i elektrona koji je zapravo opisan u ovom radu poznat je kao flat-band i do sada nije korišten u ove svrhe. Temeljni je princip prijenos momenta s elektrona na grupu fotona ili obrnuto. Uobičajena takva interakcija daje svjetlo pod jednim kutem, a ovdje je fotonični kristal podešen tako da se može dobiti interakcija sa cijelim spektrom različitih kuteva. Dodatna je mogućnost upravo usmjeravanje procesa u suprotnom smjeru uslijed čega bi bili mogući i sićušni ubrzivači čestica koji bi bili veličine čipa te bi potencijalno mogli obavljati neke funkcije koje su danas rezervirane za ogromne uređaje poput Velikog sudarača čestica u Švicarskoj.
- Možda bi jednog dana ti izvori svjetlosti mogli biti integrirani (pa prema tome i smanjeni) na razinu čipa, ali to bi bilo onda kada budu dovoljno razvijeni izvori brzih elektrona na čipu, što je u srodnom polju istraživanja kao naš sadašnji rad, ali ne u istom polju, rekao nam je naš znanstvenik koji kaže kako kada bi bilo moguće izgraditi ubrzivače elektrona na čipu, mogli bi se napraviti i puno kompaktniji ubrzivači i za razne druge primjene a koji bi i dalje mogli proizvoditi vrlo agilne elektrone.
- To bi očito bila velika stvar. Za mnoge primjene ne bi više bile potrebne današnje ogromne strukture, rekao je prof. Soljačić.
Primjene koje su novim postupkom naziru odnose se i na rendgenske uređaje koji bi dobili precizniju zraku, kao i na sustave kvantnog komuniciranja.
