Jaringan Berita Tsinghua2bulan25Berita Jepang(reporterWen XingyuPada tanggal 25 Februari, kelompok riset Tang Chuanxiang, seorang profesor di Departemen Fisika Teknik di Universitas Tsinghua, dan tim kolaboratif dari Pusat Helmholtz untuk Material dan Energi Berlin (HZB) dan Institut Federal Jerman untuk Fisika dan Teknologi (PTB) menerbitkan sebuah makalah di Nature (Alam) menerbitkan makalah penelitian berjudul "Demonstrasi eksperimental mekanisme pembentukan mikrobunching keadaan tunak", yang melaporkan eksperimen verifikasi prinsip pertama dari jenis sumber cahaya akselerator partikel baru "Pembentukan mikrobunching keadaan tunak (SSMB)".

Berdasarkan prinsip SSMB, radiasi koheren berdaya tinggi, frekuensi pengulangan tinggi, dan bandwidth sempit dapat diperoleh, dan panjang gelombangnya dapat mencakup pita terahertz hingga ultraviolet ekstrem (EUV), yang diharapkan dapat memberikan peluang baru yang luas untuk penelitian ilmiah foton. Peninjau dari "Nature" sangat memuji penelitian ini, mengatakan bahwa penelitian ini "menunjukkan metodologi baru" dan "pasti akan membangkitkan minat di bidang akselerator partikel dan radiasi sinkrotron." Sebuah artikel ulasan terkait di "Nature" menulis: "Percobaan ini menunjukkan bagaimana menggabungkan karakteristik dari dua jenis utama sumber cahaya akselerator yang ada - sumber cahaya radiasi sinkrotron dan laser elektron bebas. Sumber cahaya SSMB diharapkan dapat digunakan di bidang-bidang seperti litografi EUV dan spektroskopi fotoelektron resolusi sudut di masa mendatang." Setelah makalah tersebut diterbitkan, makalah tersebut segera menarik perhatian besar dari kalangan akademisi dan industri dalam dan luar negeri.

Gambar 1. Diagram skematik percobaan verifikasi prinsip SSMB (Sumber gambar: "Nature")

Gambar 2. Hasil eksperimen verifikasi prinsip SSMB (Sumber gambar: "Nature")

Dalam percobaan tersebut, tim peneliti menggunakan laser dengan panjang gelombang 1064 nanometer untuk mengontrol berkas elektron di cincin penyimpanan MLS di Berlin, sehingga berkas elektron membentuk lingkaran penuh (keliling 48 meter) untuk membentuk struktur mikro halus, yaitu mikro-bunch. Mikro-bunching memancarkan cahaya koheren berintensitas tinggi dan berbandwidth sempit pada panjang gelombang laser dan harmonik yang lebih tinggi. Percobaan tersebut memverifikasi pembentukan mikro-bunching dengan mendeteksi radiasi ini. Pembentukan mikro-bunching membuktikan bahwa fase optik elektron dapat dikorelasikan lingkaran demi lingkaran dengan presisi yang lebih pendek dari panjang gelombang laser, sehingga elektron dapat terikat secara stabil dalam sumur potensial optik yang dibentuk oleh laser, memverifikasi mekanisme kerja SSMB. Skema percobaan ditunjukkan pada Gambar 1, dan beberapa hasil percobaan ditunjukkan pada Gambar 2.

Konsep SSMB diusulkan pada tahun 2010 oleh Zhao Wu, seorang profesor di Universitas Stanford dan profesor tamu terkemuka di Universitas Tsinghua, bersama mahasiswa doktoralnya, Daniel Ratner. Zhao Wu terus mempromosikan penelitian dan kerja sama internasional di SSMB. Pada tahun 2017, Tang Chuanxiang dan Zhao Wu memulai eksperimen tersebut. Kelompok penelitian Tang Chuanxiang memimpin penyelesaian analisis teoretis dan desain fisik eksperimen, mengembangkan sistem laser untuk eksperimen uji, melakukan eksperimen dengan unit kerja sama, dan menyelesaikan analisis data eksperimen serta penulisan artikel.

diharapkanEUVSumber cahaya litografi menyediakan jalur teknologi baru.menarik perhatian dari komunitas internasional

"Salah satu potensi aplikasi sumber cahaya SSMB adalah sebagai sumber cahaya untuk mesin litografi EUV masa depan. Ini adalah alasan penting mengapa komunitas internasional memberikan perhatian khusus pada penelitian SSMB Universitas Tsinghua," kata Tang Chuanxiang kepada wartawan.

Dalam rantai industri manufaktur chip, mesin fotolitografi merupakan peralatan presisi yang sangat diperlukan dan langkah proses yang paling kompleks dan kritis dalam pembuatan chip sirkuit terpadu. Resolusi paparan mesin litografi berhubungan langsung dengan panjang gelombang. Selama lebih dari setengah abad, panjang gelombang sumber cahaya mesin litografi terus menyusut. Generasi baru teknologi litografi utama yang diakui oleh industri chip adalah litografi EUV (sumber cahaya ultraviolet ekstrem) dengan panjang gelombang 13.5 nanometer. Kerja mesin litografi EUV setara dengan menggunakan cahaya ultraviolet ekstrem dengan panjang gelombang hanya sepersepuluh ribu diameter rambut untuk "mengukir" sirkuit pada wafer. Pada akhirnya, sebuah chip seukuran kuku jari akan berisi puluhan miliar transistor. Peralatan dan teknologi ini menunjukkan tingkat tertinggi perkembangan teknologi manusia. Perusahaan ASML Belanda saat ini merupakan satu-satunya pemasok mesin litografi EUV di dunia, dengan setiap mesin litografi EUV dijual dengan harga lebih dari US$100 juta.

Sumber cahaya EUV berdaya tinggi adalah fondasi inti dari mesin litografi EUV. Saat ini, ASML menggunakan laser pulsa berenergi tinggi untuk membombardir target timah cair guna membentuk plasma, kemudian menghasilkan sumber cahaya EUV dengan panjang gelombang 13.5 nanometer dan daya sekitar 250 watt. Seiring dengan terus menyusutnya ukuran node proses chip, persyaratan daya sumber cahaya EUV diperkirakan akan terus meningkat, mencapai tingkat kilowatt.

"Singkatnya, cahaya EUV yang dibutuhkan oleh mesin litografi memerlukan panjang gelombang pendek dan daya tinggi," kata Tang Chuanxiang. Terobosan dalam sumber cahaya EUV daya tinggi sangat penting untuk aplikasi dan pengembangan lebih lanjut litografi EUV. Tang Chuanxiang mengatakan: "Sumber cahaya EUV berbasis SSMB diharapkan dapat mencapai daya rata-rata yang besar dan berpotensi untuk diperluas ke panjang gelombang yang lebih pendek, memberikan solusi baru untuk terobosan dalam sumber cahaya EUV daya tinggi."

Penelitian dan pengembangan independen mesin litografi EUV masih memiliki jalan panjang yang harus ditempuh. Sumber cahaya EUV berbasis SSMB diharapkan dapat memecahkan masalah inti "hambatan" dalam penelitian dan pengembangan independen mesin litografi. Hal ini membutuhkan penelitian teknologi berkelanjutan pada sumber cahaya EUV SSMB dan kerja sama rantai industri hulu dan hilir untuk mencapai keberhasilan nyata.

Inilah waktu yang tepat untuk mengatasi masalah-masalah utama.Tunjukkan pola kerja sama internasional.

Tim SSMB Tsinghua memulai analisis teoretis dan simulasi numerik eksperimen verifikasi prinsip SSMB pada April 2017. Pada 21 Juli tahun itu, Tang Chuanxiang dan Zhao Wu menyelenggarakan pertemuan kerja sama SSMB pertama di Tsinghua, dan memimpin pembentukan kelompok riset SSMB internasional. Mereka bergabung dengan para peneliti ilmiah dari Tiongkok, Jerman, Amerika Serikat, dan negara-negara lain untuk mulai mempromosikan berbagai studi termasuk eksperimen verifikasi prinsip SSMB. Setelah empat tahun penelitian, tim riset SSMB telah membuat sejumlah kemajuan penting, dengan hasil yang terdepan di dunia.

"SSMB menggunakan laser untuk memfokuskan elektron. Dibandingkan dengan gelombang mikro yang umum digunakan dalam sumber radiasi sinkrotron, panjang gelombang sistem pemfokusan dipersingkat 5 hingga 6 orde besaran. Oleh karena itu, untuk memverifikasi prinsip SSMB, diperlukan akselerator yang memiliki akurasi kontrol yang sangat tinggi untuk perubahan posisi longitudinal (fase) elektron dari satu siklus ke siklus lainnya, dan cincin penyimpanan LS M dari PTB di Jerman paling mendekati kebutuhan eksperimental SSMB dalam aspek ini. Setelah kontak dan komunikasi awal antar dosen, dua institusi di Jerman, HZB dan PTB, secara aktif bergabung dengan tim peneliti dan melakukan penelitian kerja sama dengan kami," kata Deng Xiujie, mahasiswa doktoral tahun 2015 di Departemen Teknik dan Fisika Universitas Tsinghua yang berpartisipasi dalam seluruh eksperimen di Jerman.

Sejak 2017, anggota tim Tsinghua telah melakukan perjalanan ke Berlin delapan kali untuk berpartisipasi dalam semua aspek eksperimen, mulai dari persiapan hingga pengoperasian. Setelah kerja keras yang panjang, eksperimen tersebut berhasil pada 31 Agustus 2019. Deng Xiujie mengatakan: "SSMB melibatkan banyak efek fisik dan eksperimennya sulit. Tim mengalami banyak kegagalan dan terus memperdalam pemahaman mereka tentang masalah fisik dan operasi akselerator aktual selama eksperimen hingga akhirnya mereka memecahkan masalah satu per satu. Ketika tidak memungkinkan untuk melakukan eksperimen di lokasi, kami tidak berhenti bekerja dan akan melakukan analisis teoretis pada data eksperimen yang dikumpulkan sebelumnya, mengadakan pertemuan kerja rutin, dan melakukan diskusi melalui email atau daring." Selain itu, tim eksperimen SSMB adalah tim kerja sama internasional. Dari tahap awal hingga keakraban dan pemahaman bertahap hingga peningkatan bertahap, seluruh tim sepakat bahwa kami benar-benar telah mencapai '1+1>>2', dan semua orang penuh percaya diri untuk kerja sama lebih lanjut di masa depan."

Selesaikan masalah "leher kaku"Universitas Tsinghua dengan berani memikul tanggung jawab yang berat ini.

“Universitas-universitas di negara saya harus dengan berani memikul tanggung jawab yang berat dan melepaskan potensi penelitian dasar serta inovasi ilmiah dan teknologi di universitas.” Pada tanggal 22 September 2020, Sekretaris Jenderal Xi Jinping menaruh harapan besar pada universitas untuk memperkuat inovasi dan menembus teknologi inti utama pada simposium perwakilan ahli di bidang pendidikan, budaya, kesehatan, dan olahraga.

Universitas Tsinghua mewarisi dan meneruskan tradisi penelitian ilmiah Tsinghua "menjulang tinggi, berpijak di bumi, dan membina manusia", serta meningkatkan rasa tanggung jawab, misi, dan urgensi untuk melayani kemandirian negara di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi. Memperdalam reformasi sistem dan mekanisme penelitian ilmiah, dan berinovasi dalam model organisasi penelitian ilmiah. Memperkuat penelitian dasar "dari 0 hingga 1" dan mempercepat penelitian tentang teknologi inti utama, terutama masalah-masalah yang "terhambat".

Bertujuan untuk berada di garis terdepan ilmu pengetahuan dan teknologi dunia serta memberikan solusi yang tepat. Kali ini, kelompok riset Tang Chuanxiang di Departemen Fisika Teknik Universitas Tsinghua dan tim kerja sama internasional telah melakukan upaya besar dalam "Pengelompokan Mikro Keadaan Stabil" (SSMB), sebuah bidang kunci yang diharapkan dapat menyelesaikan masalah-masalah penting dan hambatan yang ada. Mereka terus meningkatkan intensitas penelitian dan inovasi teknologi inti utama di bidang-bidang yang berwawasan ke depan dan strategis, berupaya meningkatkan kemampuan inovasi independen, dan melayani strategi pembangunan nasional yang didorong oleh inovasi.

Saat ini, Universitas Tsinghua secara aktif mendukung dan mempromosikan pembangunan proyek sumber cahaya EUV SSMB di tingkat nasional. Kelompok riset SSMB Tsinghua telah mengajukan proposal proyek untuk "Perangkat Penelitian Sumber Cahaya Ultraviolet Ekstrem Mikro-bunching Keadaan Stabil" kepada Komisi Pembangunan dan Reformasi Nasional, yang diajukan sebagai infrastruktur sains dan teknologi nasional utama dalam "Rencana Lima Tahun ke-14".

Profesor Tang Chuanxiang dari Departemen Teknik dan Rekayasa Universitas Tsinghua dan Dr. Jörg Feikes dari HZB adalah penulis korespondensi artikel ini, dan Deng Xiujie, seorang mahasiswa doktoral tahun 2015 di Departemen Teknik dan Rekayasa Universitas Tsinghua, adalah penulis pertama. Penelitian ini didukung oleh proyek penelitian ilmiah independen Universitas Tsinghua.