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中国制成世界首个集成自由电子光源芯片
2017-09-04 16:12:01

来源:科技日报

        从清华大学电子工程系获悉,该系黄翊东教授团队成员刘仿副教授,带领科研人员研制出了集成自由电子光源的芯片,在国际上首次实现了无阈值切伦科夫辐射,是我国科学家率先实现的重大理论突破,加速了自由电子激光器小型化进程。相关研究论文近期发布在国际权威期刊《自然·光子》上。

        切伦科夫辐射现象1934年被发现,在反质子、中微子振荡等基本粒子的发现过程中起到了关键作用,也是实现自由电子激光光源的有效途径之一。而自由电子激光器由于波长短、功率大、效率高、波长可调节等特点,可望用于研究凝聚态物理学、材料特征、反导弹激光武器、雷达、等离子体诊断等,在基础物理、国防军事、生物医疗、信息科学等领域具有重要应用价值。

        黄翊东在接受科技日报记者采访时打比方说:“若将材料中传播的光子比作一列匀速前进的高速火车,高能带电粒子只有追上火车的尾巴,也就是达到材料中的光速(光的相速度),才能产生切伦科夫辐射。”目前,产生光波段切伦科夫辐射的最小电子能量最少需2万电子伏特,只有大型电子加速装置才能做到。

        此次,刘仿带领博士生肖龙等人发现,在人工双曲超材料中,无论匀速运动的电子速度多慢都可以产生辐射,即可以实现无阈值的切伦科夫辐射。黄翊东解释说:“超材料将产生辐射的电子能量条件完全反转。加速电子所需能量下降几个数量级,离不开大型加速装置的硬约束也解除了。”

        评价认为,实验结果颠覆了传统自由电子光源需要大型电子加速器的固有范式,使得在芯片上研究飞行电子与微纳结构的相互作用成为可能。

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