閃爍體是指在受到高能粒子或X射線轟擊時能發光的材料。在醫療或牙科X射線系統中，它們將進入的X射線輻射轉換為可見光，然後可以用膠片或光敏器捕獲。它們還被用於夜視系統和研究，如粒子探測器或電子顯微鏡。麻省理工學院（MIT）的研究人員現在已經表明，通過改變材料的表面以創造某些納米級的配置，如波浪狀的脊線陣列，人們可以將閃爍體的效率提高至少10倍，甚至100倍。

雖然過去開發更有效的閃爍體的嘗試主要集中在尋找新材料上，但新方法原則上可用於任何現有材料。

儘管將他們的閃爍體集成到現有的X射線機器中需要更多的時間和努力，但該團隊認為這種方法可能會導致醫療診斷X射線或CT掃描的改進，以減少劑量暴露並提高圖像質量。在其他應用中，如用於質量控制的製造部件的X射線檢查，新的閃爍體可以使檢查具有更高的準確性或以更快的速度。

麻省理工學院博士生Charles Roques-Carmes和Nicholas Rivera、麻省理工學院教授Marin Soljacic、Steven Johnson和John Joannopoulos以及其他10人在《科學》雜誌上描述了這些發現。

雖然閃爍體已經被使用了大約70年，但該領域的大部分研究都集中在開發能產生更亮或更快光發射的新材料上。新的方法是將納米技術的進展應用於現有材料。通過在閃爍體材料中創建與所發射的光的波長相當的長度尺度的圖案，該團隊發現有可能極大地改變材料的光學特性。

Roques-Carmes說，為了製造他們所稱的“納米光子閃爍體”，“你可以直接在閃爍體內部製造圖案，或者你可以在另一種材料上粘上納米級的孔。具體情況取決於確切的結構和材料”。在這項研究中，研究小組採用了閃爍體，並製作了間隔大約一個光波長的孔，或大約500納米。

“我們正在做的事情的關鍵是我們已經開發的一般理論和框架，”Rivera說。這使研究人員能夠計算出由任何任意配置的納米光子結構產生的閃爍水平。閃爍過程本身涉及到一系列的步驟，使其變得複雜難解。Roques-Carmes說，該團隊開發的框架涉及整合三種不同類型的物理學。利用這個系統，他們發現他們的預測和他們隨後的實驗結果之間有很好的匹配。

實驗顯示，經過處理的閃爍體的發射量提高了10倍。“因此，這是可能轉化為醫學成像應用的東西，醫學成像是光子飢餓的，意味著X射線轉換為光限制了圖像質量。”Roques-Carmes說：“在醫學成像中，你不想用太多的X射線來檢查你的病人，特別是在常規篩查中，尤其是對年輕病人也是如此。”

他補充說：“我們相信，這將為納米光子學的研究開闢一個新領域。你可以利用納米光子學領域的許多現有工作和研究，對現有的閃爍材料進行重大改進。”

Soljacic說，雖然他們的實驗證明可以實現十倍改進，但通過進一步微調納米級圖案的設計，“我們還表明你可以得到高達100倍的（改進），而且我們相信我們也有一條使之變得更好的道路”。

Soljacic指出，在納米光子學的其他領域，即處理光如何與納米尺度結構的材料相互作用的領域，計算模擬的發展已經實現了快速、大幅度的改進，例如在太陽能電池和LED的開發方面。他說，這個團隊為閃爍材料開發的新模型可以促進這項技術的類似飛躍。

納米光子學技術“給了你定制和增強光的行為的終極力量，”Soljacic說。“但是直到現在，這種承諾，這種用閃爍做這件事的能力是無法達到的，因為對閃爍進行建模是非常具有挑戰性的。現在，這項工作首次為納米光子學技術的應用開闢了閃爍這一領域，完全打開了它。” 更廣泛地說，該團隊認為，納米光子和閃爍體的結合最終可能實現更高的分辨率，減少X射線劑量，以及能量分辨的X射線成像。

Yablonovitch補充說，雖然這一概念仍然需要在實際設備中得到證明，但他說：“在光通信和其他領域對光子晶體進行了多年的研究之後，早就應該將光子晶體應用於閃爍體，它們具有很大的實際意義，這是在這項工作之前，人們忽略了非常重要的實際重要性。”