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清华团队EUV光源新成果:未来有望解决光刻机“卡脖子”!

厉害了!《自然》(Nature)刊登了来自清华大学工程物理系教授唐传祥研究组与来自亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心(HZB)以及德国联邦物理技术研究院(PTB)的合作团队一篇关于“稳态微聚束原理的实验演示”(Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching)的研究论文。

该论文一经刊发,立即引起国内外学术界及产业界的高度关注。

《自然》相关评阅人对该实验成果给予了高度评价,认为该项研究展示了一种新的方法论,这必将引起粒子加速器和同步辐射领域的兴趣:“该实验展示了如何结合现有两类主要加速器光源——同步辐射光源及自由电子激光——的特性。SSMB光源未来有望应用于EUV光刻和角分辨光电子能谱学等领域。”

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(截图源自清华大学官网)

据了解,本篇论文的多方研究团队中,唐传祥教授主要科研方向及科研工作在于加速器物理、高亮度注入器及强流电子源研究、驻波电子直线加速器整机技术、新型加速结构研究及新型加速原理研究等方面。先后进行了多腔热阴极微波电子枪、微脉冲电子枪、光阴极微波电子枪等高亮度电子注入器的研究。在新型加速结构方面包括盘圈加速结构及超短加速结构的研究,并且开展了电子束与激光束的相互作用等新的研究领域。在驻波直线加速器整机技术方面,负责为大型集装箱检查系统等完成了多种直线加速器整机的研制,并已经产业化。

亥姆霍兹柏林材料与能源中心(HZB)其前身为柏林哈恩-迈特纳研究所,作为德国最大的科研组织,亥姆霍兹柏林材料与能源中心致力于解决社会、科学和经济所面临的重大和急迫挑战,在能源、地球与环境、健康、关键技术、物质结构、交通与空间科学等6个研究领域开展前沿研究。

德国联邦物理技术研究院(PTB)是世界闻名的计量和测试科研机构, 设有力学和声学、电学、物理化学和防爆、光学、精密工程、电离辐射、温度、医学物理和计量信息技术、科学和技术处。

SSMB原理验证实验,为突破大功率EUV光源提供全新思路

报告中提及了一种新型粒子加速器光源“稳态微聚束”(Steady-state microbunching,SSMB)的首个原理验证实验。

什么是SSMB原理?据悉,SSMB是由斯坦福大学教授、清华大学杰出访问教授赵午与其博士生Daniel Ratner于2010年提出一种概念。赵午持续推动SSMB的研究与国际合作。2017年4月开始,清华团队开始进行SSMB原理验证实验的理论分析和数值模拟。

同年7月21日,唐传祥与赵午在清华组织召开首届SSMB合作会议,牵头成立了国际SSMB研究组,联合中、德、美等国家的科研人员,开始推动包括SSMB原理验证实验在内的各项研究,唐传祥研究组主导完成了实验的理论分析和物理设计,并开发测试实验的激光系统,与合作单位进行实验,并完成了实验数据分析与文章撰写。历时4年,SSMB研究组取得了多项重要进展,成果领先世界。

清华团队EUV光源新成果:有望解决光刻机“卡脖子”!

图1. SSMB原理验证实验示意图(图片来源:《自然》)

基于SSMB原理,能获得高功率、高重频、窄带宽的相干辐射,波长可覆盖从太赫兹到极紫外(EUV)波段,有望为光子科学研究提供广阔的新机遇。

实验中,研究团队利用波长1064nm的激光,操控位于储存环MLS内的电子束,使电子束绕环一整圈(周长48米)后形成精细的微结构,也就是“稳态微聚束”。

“稳态微聚束”会在激光波长及其高次谐波上辐射出高强度的窄带宽相干光,通过探测该辐射来验证“稳态微聚束”的形成,证明了电子的光学相位能以短于激光波长的精度逐圈关联起来,使得电子可被稳态地束缚在激光形成的光学势井中,验证了SSMB的工作机理。

清华团队EUV光源新成果:有望解决光刻机“卡脖子”!

图2. SSMB原理验证实验结果(图片来源:《自然》)

据悉,该粒子可以获得光刻机所需要的极紫外(EUV)波段,这为大功率EUV光源的突破提供全新的解决思路。

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