高能粒子對(duì)物質(zhì)的轟擊會(huì)導(dǎo)致光發(fā)射，這一過程稱為閃爍；吸收高能粒子產(chǎn)生發(fā)光的材料叫閃爍體。閃爍體在醫(yī)學(xué)成像、X 射線無(wú)損檢測(cè)、電子顯微鏡和高能粒子探測(cè)器中有廣泛的應(yīng)用。

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)生更亮或更快光發(fā)射的新材料上。相反，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員通過新方法將納米光子學(xué)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有材料。

研究人員發(fā)現(xiàn)在閃爍體表面構(gòu)筑納米陣列結(jié)構(gòu)（即納米光子閃爍體）至少能將其檢測(cè)能力提高 10 倍，從而大大減少 X 射線成像所需的輻射量，實(shí)現(xiàn)更高精度或更快速度的檢查。值得一提的是，這種方法理論上可以適用于任何現(xiàn)有的閃爍體材料。
 

早在20世紀(jì)初，克魯克斯和盧瑟福就利用了閃爍現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了α粒子，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。如今，閃爍體（scintillator）材料更是廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、CT掃描、無(wú)損探傷、高能粒子探測(cè)器等領(lǐng)域。

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(jìn)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(zhǎng)相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度創(chuàng)建圖案，以此來(lái)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(jí)孔洞的材料上。具體細(xì)節(jié)取決于結(jié)構(gòu)和材料”。團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)閃爍體并制作了間隔大約一個(gè)光學(xué)波長(zhǎng)（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(cè)與后續(xù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果非常匹配。實(shí)驗(yàn)表明，處理過的閃爍體的發(fā)射量提高了10倍，而且通過進(jìn)一步微調(diào)納米級(jí)圖案的設(shè)計(jì)，發(fā)射量可提高100倍。

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