由新加坡南洋理工大学领导的科学家开发并模拟了一种新的节能方法，可以产生高度聚焦和精细控制的X射线，其强度是传统方法的一千倍。研究结果发布在《光：科学与应用》杂志上。
这为超高质量的 X 射线成像铺平了道路，该成像使用强大的 X 射线来准确检测半导体芯片中的缺陷。新方法还可以允许在使用更少能源的同时进行更集中的X射线成像以进行健康检查。
这种新方法基于计算机模拟，该模拟将电子射向具有高度有序结构的超薄材料，例如石墨烯。其基本机制类似于传统上使用X射线管产生X射线的方式。但有一个转折点：在模拟中，电子如何传播的波状图案以一种非常特定的方式“塑造”，因此粒子的传播路径与材料原子的高度结构化位置匹配并重叠。
从理论上讲，这导致 X 射线的发射强度比正常强度高得多，并且可以对其进行精细控制，以便它们在许多不同的方向或单个大方向上产生。
通常，当发射的电子与材料的原子碰撞时，电子会偏转并发射 X 射线，这就是所谓的轫致辐射或“制动辐射”。
轫致辐射在使用X射线管产生辐射的传统方法中贡献了大部分发射的X射线。但一个问题是 X 射线没有聚焦，因为它们是向不同方向发射的。目前的方法试图通过过滤X射线来解决这个问题，以便只使用沿所需方向发射的X射线。然而，即使是这些过滤的X射线仍然相当漫射。
来自新加坡科技设计大学、斯坦福大学、以色列理工学院、特拉维夫大学和加州大学洛杉矶分校的国际科学家团队，由南洋理工大学电气与电子工程学院的南洋助理教授黄亮杰领导，开发了一种在计算机模拟中克服这些挑战的方法， 通过改变发射电子的传播方式。
科学家们使用计算机模拟了电子通过特制板的模型，该板也有电流流过它以产生电压。科学家们能够在模拟中证明，电子在通过这样的“相位板”后，电子的行进方式发生了变化，这种效应称为电子波形。
发生这种情况是因为根据量子物理学，电子粒子能够像光波一样以波型传播。因此，早期的研究表明，它们在穿过相位板后会相互干扰。板的电压也会导致电子波状运动模式的变化，调整电压也可以调整电子的波模式。
然后模拟成型的电子撞击由石墨烯制成的超薄材料，比一根头发丝薄约1000倍。
由于这些电子的形状，电子的行进路径具有非常高的趋势，与石墨烯中原子的六边形位置相匹配。
这增加了电子与原子碰撞的可能性，模拟表明会因此发射更多的X射线，从而增加产生的辐射强度。
模拟表明，新方法也更节能。使用相同数量的电流发射电子，研究人员的方法产生的X射线比使用X射线管的传统方法产生的X射线强一千倍。辐射的强度也可以通过改变相位板来调整。
