我制成世界首個(gè)集成自由電子光源芯片

　　從清華大學(xué)電子工程系獲悉，該系黃翊東教授團隊成員劉仿副教授，帶領(lǐng)科研人員研制出了集成自由電子光源的芯片，在國際上首次實(shí)現了無(wú)閾值切倫科夫輻射，是我國科學(xué)家率先實(shí)現的重大理論突破，加速了自由電子激光器小型化進(jìn)程。相關(guān)研究論文近期發(fā)布在國際權威期刊《自然·光子》上。

　　切倫科夫輻射現象1934年被發(fā)現，在反質(zhì)子、中微子振蕩等基本粒子的發(fā)現過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用，也是實(shí)現自由電子激光光源的有效途徑之一。而自由電子激光器由于波長(cháng)短、功率大、效率高、波長(cháng)可調節等特點(diǎn)，可望用于研究凝聚態(tài)物理學(xué)、材料特征、反導彈激光武器、雷達、等離子體診斷等，在基礎物理、國防軍事、生物醫療、信息科學(xué)等領(lǐng)域具有重要應用價(jià)值。

　　黃翊東在接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)打比方說(shuō)：“若將材料中傳播的光子比作一列勻速前進(jìn)的高速火車(chē)，高能帶電粒子只有追上火車(chē)的尾巴，也就是達到材料中的光速(光的相速度)，才能產(chǎn)生切倫科夫輻射。”目前，產(chǎn)生光波段切倫科夫輻射的最小電子能量最少需2萬(wàn)電子伏特，只有大型電子加速裝置才能做到。

　　此次，劉仿帶領(lǐng)博士生肖龍等人發(fā)現，在人工雙曲超材料中，無(wú)論勻速運動(dòng)的電子速度多慢都可以產(chǎn)生輻射，即可以實(shí)現無(wú)閾值的切倫科夫輻射。黃翊東解釋說(shuō)：“超材料將產(chǎn)生輻射的電子能量條件完全反轉。加速電子所需能量下降幾個(gè)數量級，離不開(kāi)大型加速裝置的硬約束也解除了。”

　　評價(jià)認為，實(shí)驗結果顛覆了傳統自由電子光源需要大型電子加速器的固有范式，使得在芯片上研究飛行電子與微納結構的相互作用成為可能。