X 射线是芯片检测、医学成像等多领域的核心技术支撑，但现有 X 射线源均存短板：传统 X 射线管虽经济实用，却受限于频谱不可调、高功率易过热；同步辐射虽能实现频率调控，却因成本高昂、体积庞大难以普及。史密斯 - 帕塞尔辐射本是小型化可调 X 射线源的理想技术路径，可通过调控光栅周期与电子能量实现全波段覆盖，却因光栅加工精度不足，实际输出仅能达到紫外线波段，X 射线频段的突破成为行业亟待解决的瓶颈。

       针对这一痛点，课题组采取 “双轨并行” 的创新攻关策略：一方面，创新提出热电子制冷方案，破解高功率 X 射线管的过热难题；另一方面，通过真空电子学与二维材料学的交叉融合，利用自由电子与原子尺度光栅的相互作用，实现了可调 X 射线源的构建及纳米级灵活调控。目前已取得一系列标志性研究成果。

       热电子发射与应用领域：提出以三维狄拉克材料替代石墨烯作为高效热阴极的新方案，拓展了理查森公式的适用范围，使其可精准描述三维狄拉克材料的热电子发射电流；创新提出热电子制冷技术，有效解决了高功率 X 射线管的过热难题，相关成果发表于Advanced Materials 2025, 202505619；Applied Physics Letters 2024, 124, 012201；Journal of Applied Physics 2020, 128, 065108 等期刊。

       自由电子辐射领域：（1）验证了诺贝尔奖得主维塔利・金茨堡 1940 年提出的量子回弹理论，为量子调控自由电子辐射提供了关键技术支撑Nature Photonics 2023, 17, 224；（2）预言 “横向量子效应可分裂自由电子辐射峰”，相关成果发表于Nature Communications 2024, 15, 7803；（3）提出 “有效光栅” 概念，实现了对自由电子辐射 X 射线源的实时调控Advanced Science 2022, 9, 2105401；（4）提出以范德华异质结作为多周期原子尺度光栅，实现多色可调 X 射线源的频谱灵活调控Science Advances 2023, 9, eadj8584；（5）利用自由电子与石墨纳米薄膜的史密斯 - 帕塞尔相互作用，成功获取水窗波段的可调 X 光源；同时结合麦克斯韦方程组与蒙特卡洛模拟，建立了辐射强度的理论预测体系，首次实现理论预测与实验测量结果的完美匹配Nature Photonics 2024, 18, 1203–1211；（6）提出通过史密斯 - 帕塞尔自由电子辐射解决 Abraham–Minkowski 谬论APL Photonics 2024, 9, 096116；（7）打破 “史密斯 - 帕塞尔效应仅存在于薄膜材料” 的长期认知误区Nature Communications 2025, 16:11218；（8）在光子晶体中实现逆多普勒效应Photonics Research 2025, 13, 1060-1066；（9）理论预言史密斯 - 帕塞尔效应在经典与量子框架下均存在辐射能量阈值Photonics Research 2026，待刊。