作者:Peter Hommelhoff 来源:《自然》 发布时间:2023/1/12 9:51:59
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微型粒子加速器小如芯片

 

可以捕获和引导光的材料——光子晶体。图片来源:J. Joannopoulous/SCIENCE PHOTO LIBRARY

一种微米大小的装置,通过在一块晶体板上发射电子束就可以产生非常强烈的光。这种装置可用于制造微型X光机和粒子加速器。与目前的粒子加速器相比,这种小如芯片的装置的制造过程更短、更便宜、更紧凑。相关研究成果近日发表于《自然》。

该装置由香港大学和美国麻省理工学院的研究人员制造而成。它由一块被称为光子晶体的特殊硅片、一台经过改进的扫描电子显微镜和一个探测发射光的设备组成。其利用电子移动时围绕电子的电磁场,可使光子晶体材料中的带电粒子被激发并发光。

研究人员通过数学模型得知,通过在晶体上添加图案可以增强晶体与电子之间的相互作用。为此,他们在晶体上蚀刻了一个圆形凹痕网格,每个凹痕大约宽100纳米。光和电子通常不会有太多的相互作用,但通过设计光的能量和动能以匹配电子的能量和动能,却可以使两者之间产生异常大的相互作用。香港大学的杨毅(音)说,这种匹配方法最终可以将光发射强度提高100万倍。

德国埃尔兰根-纽伦堡大学的Peter Hommelhoff说,值得注意的是,该装置可以用来制造微型粒子加速器。研究人员可以使用强烈的光脉冲加速粒子,而不是像常见的那样用微波撞击粒子。

英国约克大学的Thomas Krauss说,新装置不仅向制造微型粒子加速器迈出一步,还向制造更小的X光机迈出一大步。X射线本质上是光波,由于波长太短导致肉眼难以看到。而通过调整硅图案的形状和器件中电子的速度,则有可能将发射光的波长改变为X射线。

“当你在医生那里接受X光检查时,面对的是一台巨大的机器。现在我们可以想象,在芯片上用一个很小的光源就可以完成这件事。”Krauss说。这会使X射线技术更容易应用于小型或远程医疗设施,或使其便于急救人员在事故现场使用。(来源:中国科学报 李木子)

相关论文信息:http://doi.org/10.1038/s41586-022-05387-5

 
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