paul lecoq

Señor Rector magnífico, señoras y señores, primero que nada me disculpo por no hablar valenciano ni catalán, ni siquiera castellano. Reconozco que es una clara señal de falta de educación, y estoy aún más honrado de haber sido seleccionado a pesar de esto para unirme a su prestigiosa Universidad.

El profesor Benlloch informó amablemente sobre mi carrera pasada, y solo me gustaría concluir la ceremonia diciendo unas pocas palabras sobre cómo veo el futuro del, uh, centelleador. Los centelleadores se utilizan en muchas aplicaciones en la física médica; ellos son de alguna manera los ojos de los escáneres PET. En física de partículas, como dijo el profesor Benlloch, han jugado un papel fundamental en el descubrimiento del bosón de Higgs en un enorme detector hecho de 100 toneladas de cristales centelleantes. Pero se utilizan en muchas otras aplicaciones: monitoreo de plantas nucleares y residuos nucleares, inspección de equipaje en el aeropuerto, inspección fronteriza, y todo tipo de pruebas industriales no destructivas no industriales.

Y en toda esta aplicación, la función del centelleador, es detectar radiación ionizante. Y cuando queremos tener que detectar algo, la primera pregunta que hacer es qué queremos ver. Y en el caso de la radiación ionizante, lo que importa es ante todo saber dónde tuvo lugar el evento, pero también saber cuál fue la energía involucrada, cuál fue el tipo de partícula que estaba produciendo la interacción con el centelleador. ¿Fue un electrón, un neutrón, un protón, un rayo X, un fotón, un fotón gamma raro? Pero vemos surgir una creciente D también para información de tiempo precisa sobre el evento, y esto se ve impulsado por una cantidad de tecnología emergente que ahora permite cada vez más alcanzar una Precisión en el dominio temporal al nivel de los picos.

Y el tiempo es muy importante porque saben que en nuestro tiempo, en nuestro universo, uh, el espacio y el tiempo están fuertemente correlacionados, y si tienes una buena Precisión en el tiempo mediante la técnica del tiempo de la luz, también tienes, puedes inferir una buena precisión en la ubicación del evento. Pero también el tiempo ayuda a tener una mejor uh información sobre la energía y sobre la identificación de partículas. Todas las personas que han jugado con una cámara fotográfica saben que una buena resolución temporal trae más información a la imagen, así que esto es bastante importante, y yo diría que creo que ese será el tema principal del futuro para el desarrollo de estos nuevos sensores.

Si solo me centro un poco en la imagen médica y en la imagen PET, el estado del arte hoy en términos de tiempo está del orden de 200 picos. Lo que estamos tratando de hacer, y explicaré un poco cómo, es alcanzar una resolución temporal del orden de 10 picos. Así que es un factor 204 de mejoras en el tiempo, que se traduce directamente en un Factor dos impr 20 mejoras en la sensibilidad del escáner PET. Y si tienes sensibilidad del escáner PET que aumenta biofactor 20, esto se puede usar de muchas maneras diferentes, pero una muy importante es reducir la dosis inyectada al paciente por un factor de 20. Y entonces finalmente podemos soñar con una exposición del paciente durante un escaneo PET para un escaneo PET de cuerpo completo al nivel de 0.03 m, que debe compararse con el fondo natural anual que recibes dependiendo del lugar donde vivas entre tres y cuatro Mill. Así que dos órdenes de magnitud más alto. También se puede comparar con un vuelo escrito San Francisco a Europa al nivel de 0.1 ms. Así que permitir reducir la dosis inyectada al paciente a un nivel tan pequeño también abre la aplicación pl PET a nuevas categorías de pacientes que no pueden estar preocupados hoy debido al riesgo de la radiación, y particularmente en el dominio pediátrico, neonatal e incluso prenatal.

Así que esto es lo que esta diapositiva muestra rápidamente. Para hacer eso, necesitas un muy buen centelleador. Un buen centelleador para detectar radiación ionizante es un detector ante todo muy denso para absorber la energía de la partícula entrante, la radiación entrante, en el menor volumen posible de detector. Y esto es importante también para la calidad de la medición, pero también en términos de costo. Pero también necesitas que el centelleador sea lo más brillante posible para proporcionar tantos fotones centelleantes como sea posible cuando la radiación ionizante interactúa con él. Y necesitas que esta señal catión sea lo más rápida posible porque de nuevo estamos interesados en tener buen tiempo, y necesitas tener una buena resolución energética, que está de alguna manera relacionada con el uh blindaje de luz que producirá el centelleador.

Así que si miro el mejor centelleador conocido hoy y represento cada uno de ellos por la esfera o círculo, cuyo diámetro es proporcional a la densidad, y como dije queremos tener el material lo más denso posible en un trazado bidimensional en la escala logarítmica M, así que esto es importante, uh, en el eje horizontal la salida de luz, en el eje vertical el tiempo de dec, así que de hecho la información sobre el tiempo, y un color que representa la resolución energética, y lo queremos, lo queremos tener tan oscuro como sea posible.

Así que hay dos uh cristales interesantes aquí. No sé si puedo mostrar directamente. Sí, este, este es estado de let, es el cristal que usamos para detectar el hi bosom. Como ves es bastante denso, una densidad mucho más alta que uh que el acero 8.28 gam por cm cúbico, todavía muy transparente, lo cual es un desafío en sí mismo. Es muy rápido, alrededor de 10 nan de tiempo. Tiene un bajo blindaje de luz, pero no importa en física de altas energías en física de altas energías para el h bosom porque la partícula a detectar es de muy alta energía. Así que de hecho incluso el lid intrínseco es pequeño, el número de fotones de centelleo es alto, así que eso no fue un gran problema. Así que este es un cristal muy importante.

Hay otro que es este que es el luto orto silicato que Ros man Maria benor mencionó antes y que es el cristal que se usa hoy comúnmente en escáneres PET. Pero lo que nos gustaría tener es un cristal que sea 10 veces más brillante y 10 veces más rápido que este lso, así que un cristal en esta categoría. Y desafortunadamente tenemos buenas razones para creer que hay alguna barrera física que nos impedirá descubrir ese tipo de o desarrollar ese tipo de cristales.

Sin embargo, el fantástico mundo de la física cuántica puede proporcionar alguna solución. Solo te doy un ejemplo. Cuando tienes radiación ionizante interactuando con la materia, esta radiación ionizante producirá pares electrón hueco. Así que expulsamos un electrón de un átomo, quedará un hueco detrás, pero este electrón y hueco están unidos en un en un sistema sistema que se llama exitón. Y esta es la rec combinación del exitón que que producirá un fotón catión. Este sistema ligado par electrón hueco ligado tiene una cierta dimensión en un cristal que depende del campo cristalográfico, esta dimensión está definida por el radio de Bohr soal. Así que si en contraste con un cator a granel tan grande inator donde el par electrón hueco tendrá esta extensión esta extensión espacial, si confino este exitone en un nanoc cristal, cuyo tamaño es menor que el radio B, entonces aumentaré fuertemente la probabilidad de rec combinación entre el electrón y el hueco, y por lo tanto tendré un proceso de rec combinación mucho más rápido. Esto es lo que quiero.

Pero no solo eso. Si logro en vez de tener un exitón en mi nanoc cristal tener dos exiton, entonces multiplico la tasa de combinación por un factor cuatro, y por lo tanto disminuyo el tiempo de década por un factor cuatro. Si tengo incluso más tres exiton en el mismo nanoc cristal, multiplico la Red de combinación por un factor nueve. Así que va como el cuadrado del número de exitone, y esto ha sido probado experimentalmente.

Uno de los nanoc cristales con los que estamos trabajando es una nanop platlet de cdsse, así que confinamos en una sola dirección para aumentar la probabilidad de tener varios exitone en el sistema. Si excito este nanoc Cristal, este nanop platlet a un nivel relativamente bajo de exitación de modo que pueda crear solo un exitón en el sistema, ya tengo una combinación bastante rápida Un n como puedes ver esta es una imagen de cámara stke, la escala vertical es tiempo, así que ves esta línea larga en realidad pero esto está en P, así que línea larga típicamente tienes un n de tiempo que es ya 10 veces más rápido que el muy rápido cristal Tung de plomo que usamos en el experimento CMS para el hix bone. Pero ahora si aumento uh la densidad de exitación de modo que pueda crear en promedio dos exiton, ves que el tiempo dec cae a 200 p. Y si aumento aún más la densidad de exitación uh de modo que pueda crear en promedio tres exiton en mi nanoc cristal, el tiempo dec cae a 69 picoso. Así que tengo una forma de producir cator extremadamente rápido mediante confinamiento cuántico.

Así que esto es muy interesante, estamos mirando diferentes nanocristales de ese tipo, pero una familia de ellos muy interesante se llaman metal Ali PA of sky, y me complace pronunciar este nombre aquí porque ustedes tienen aquí en la upv una muy gran gran experiencia en este tipo de cristales, el par de skite, porque también se utilizan mucho para aplicaciones fotovoltaicas. Pero en nuestro caso queremos usarlos para la aplicación de centelleo, pero de hecho queremos también beneficiarnos de la experiencia aquí en la upv para desarrollar este nanoc cristal.

Pero esto no es todo. Además del nanoc cristal, tienes también una serie de características nanofotónicas Fe, así que de nuevo en el mundo Nano diría yo, que son bastante interesantes. La mayoría del material, la mayoría del cristal que estamos usando son, como decimos, material isotrópico. ¿Qué significa? Significa que la permitividad eléctrica y magnética es positiva y aproximadamente igual en las tres Dimensión espaciales X Y y Z y y z, y por lo tanto la relación de dispersión uh relación de dispersión óptica en este material conduce a curvas EO de frecuencia uh que son esferas. Así que ¿qué significa? Significa que dada frecuencia el el el número de estados ópticos que se permiten acoplar la radiación ionizante uh radiación de ionización entrante y este material está contenido entre dos esferas, que esto es lo que puedes ver en rojo aquí en esta en esta imagen, dos esferas uh con met ligeramente diferente que corresponde a dos frecuencias diferentes de la cinación. Y obviamente entre dos esferas tienes un volumen finito, y por lo tanto tienes un número finito de estados ópticos que pueden acoplarse a la uh radiación entrante.

Por otro lado, si tienes un material o si puedes diseñar un material y podemos hacerlo donde al menos uno de los vectores de permitividad es negativo mientras que los otros son positivos, entonces la superficie de iso frecuencia ya no es una esfera, sino que es un hiperboloide. Esto es lo que puedes ver en un color verde azulado aquí. Y la gran diferencia es que el volumen que se encuentra entre dos hiperboloides en dos frecuencias diferentes ya no es finito, es infinito. Y la gran ventaja de este metam material hiperbólico metam aquí es que localmente puedes aumentar la densidad de estados fotónicos en la estructura por órdenes de magnitud. Así que básicamente cuando llegue una partícula entrante producirá muchos más Fotones Ópticos, y este es un Fotón Óptico rápido este es el que nos interesa. Y esto tiene fantásticas y yo diría a veces sorprendentes consecuencias si solo te preocupas por la física clásica, y esta es la magia de la física cuántica de hecho para abrir nuevas puertas uh uh y nuevas posibilidades.

Y solo para dar un ejemplo, puede aumentar por varios órdenes de magnitud la producción de fotones de cheren de cuando una partícula está cruzando este medio. Así que conoces la luz de cheren es similar al estallido emitido por una aeronave que va a una velocidad más rápida que la la velocidad del sonido en el aire, pero de manera similar en un en un medio sea cual sea, si una partícula está viajando más rápido que la velocidad de vuelo en este medio, que es en realidad la velocidad de la luz en el vacío dividida por el índice de refracción de este medio, así que si la partícula va más rápido que la luz en este medio emitirá muy rápidamente fotón de Chan. Pero requiere que la partícula cruce este umbral de velocidad. La magia del metam material hiperbólico es que ya no tienes umbral. Incluso una partícula muy lenta puede imaginar rank de fotón, y esto esto es rompe completamente la regla estándar de la física, pero sigue siendo verdad y uh gracias a nosotros.

Así que esta es otra característica muy muy interesante de la que queremos aprovecharnos. Por último, pero no menos importante, diría que hay en paralelo a eso un gran progreso en la fabricación de cristales. Así que uh no solo podemos hacer crecer lingotes estándar como se hizo durante décadas, sino que podemos hacer crecer fibras centelleantes. Tengo en mi oficina una fibra de granate de aluminio de lutum que tiene 1 M de largo, que es monocristalina pura y 400 micrones de diámetro, y puedo doblarla, puedo hacer un círculo con ella. Así que esto también es fantástico. Pero también tienes un progreso mucho mayor en la producción de cerámicas centelleantes, y también comenzamos a progresar muy bien en la POS posibilidad de producir Cristal por impresión 3D con una estructura muy fina. Así que esta es la imagen que tienes aquí a nivel Micron. Así que eso también abre una serie de formas en la forma de estructurar el material.

Así que capitalizando en eso, hemos desarrollado el concepto de meta Cristal o Meta cator, Meta del griego meta que significa ir más allá de las posibilidades de la física estándar. Y sí, este es un enfoque de tecnología profunda capitalizando como digo en una serie de Tecnologías emergentes para producir un sistema que es un centelleador multifuncional, a diferencia del cator a granel que hemos usado hasta ahora, que combina el alto poder de parada que se necesita del cator ya conocido con La emisión rápida de nanocristal combinada con algunas características nanofotónicas para tener una buena gestión del transporte del fotón desde el cator al foto detector.

Y el principio es en realidad relativamente simple. Combinas en el mismo sistema en lugar de tener un centelleador a granel combinas digamos como digo cator denso pesado para permitir la conversión de la gradiación con capas o algunas partes de este de este metacin tillor que está hecho de nanocristales o este tipo de metamaterial hiperbólico donde la la luz será emitida muy rápidamente. Así que básicamente la la la L la la energía que se fuga del Ator de densidad a esta parte cator rápida producirá como ves un exceso de fotones de centelleo en la primera parte del del del del pulso de centelleo que es solo si miras la escala una fracción de Nan aquí, así que tendrás un exceso de fotones en este uh muy muy comienzo del pulso que te permitirá o nos permitirá tener una marca temporal muy precisa del evento a nivel de unos pocos picos. Este es nuestro objetivo.

Esto es tenemos diferentes formas de integrar estos diferentes materiales y estamos trabajando en esto en una fuerte estrecha colaboración con el grupo de it3m aquí en la upv. Tenemos integración 1D donde básicamente tenemos placas de diferentes tipos de materiales que apilamos juntas. Uh podemos tener un sistema más elaborado con una integración por hacer, así que usamos fibras cating densas que mencioné antes porque sabemos cómo producirlas, y en los huecos entre esta fibra insertas fibras fotónicas soal cuyo el el el núcleo de ellas está cargado con nanoc Cristal para no solo producir Fotón prom en el nanoc Cristal sino también para transportar este Fotón eficientemente en la fibra fotónica en dirección al foto detector.

Así que si podemos usar esto, si podemos desarrollar este material, y vamos por un buen buen camino y ya hemos hecho muchos progresos en esta dirección, eso tendrá un impacto en la imagen pet pet pet en el en en el dominio médico. El pet es una fantástica Herramienta de Imagen Médica uh que tiene una sensibilidad muy muy alta a nivel picomolar. Solo para decirte la sensibilidad es 1 millón más alta que la MRI. MRI tiene su propio Mérito, muy buena resolución espacial Etc, pero en términos de sensibilidad y tener la posibilidad de acceder a procesos metabólicos muy diminutos en el cuerpo humano, el pet es insuperable. El desarrollo reciente en términos de pet de tiempo de vuelo, el estándar el estado del arte en el nivel de 200 P, permitió que el pet sea aún más sensible y para ser aún más poderoso como herramienta de Imagen Médica de Imagen. Pero nuestro trabajo en la dirección de 10 picoso impulsará el rendimiento de los pets más allá de tu imaginación.

Conclusión: hay una serie de tecnologías disruptivas y particularmente en el dominio de la nanofotónica, y aquí de nuevo me complace decir que tienen aquí en la upv una experiencia extraordinaria en este dominio que realmente me gustaría explotar tanto como sea posible, y ahora tienen la legitimidad para hacerlo. Gracias por eso. Uh esto uh permite abrir Nuevas Perspectivas para nuevos sensores inteligentes multifuncionales.

Como físico francés, cuya madre nació en corica como Napoleón, no puedo resistirme al placer de citar a Napoleón, una palabra muy famosa de Napoleón: imposible no es una palabra francesa.

Y lo ilustraré en una pequeña película de dos minutos si todavía tienen tiempo, si no están demasiado cansados, uh con un ejemplo diferente. Así que después de la invención del cine por parte de los hermanos lumere en Leon en uh el año 1895, uh George melas, uno de los primeros cineastas, uh reactivó uh la r para la luna uh sueño, uh que fue iniciado por el famoso escritor francés jules verne 40 años antes. Eso fue por supuesto un sueño en ese momento, pero se convirtió en realidad en 1967 con la Miss Apollo. De manera similar, otus scar fueron un Ms a principios del siglo XX como puedes ver aquí, pero se convirtió en realidad a principios del siglo XXI gracias a Google y otras uh personas trabajando duro en esta dirección. Lo mismo para vion, fue un mito a principios de los 90, todavía era carne en 2001 cuando Stanley Kubrick produce la película space odys, pero se convirtió en realidad ahora tienes esto en todos tus teléfonos inteligentes.