Rete di notizie di Tsinghua2Luna25Notizie dal Giappone(reporterWen XingyuIl 25 febbraio, il gruppo di ricerca di Tang Chuanxiang, professore presso il Dipartimento di Fisica Ingegneristica dell'Università Tsinghua, e un team collaborativo del Centro Helmholtz per i Materiali e l'Energia di Berlino (HZB) e dell'Istituto Federale Tedesco per la Fisica e la Tecnologia (PTB) hanno pubblicato un articolo su Nature (Nature) ha pubblicato un articolo di ricerca intitolato "Dimostrazione sperimentale del meccanismo del microbunching allo stato stazionario", riportando il primo esperimento di verifica del principio di un nuovo tipo di sorgente luminosa per acceleratore di particelle "Microbunching allo stato stazionario (SSMB)".

Basandosi sul principio SSMB, è possibile ottenere una radiazione coerente ad alta potenza, alta frequenza di ripetizione e banda stretta, con una lunghezza d'onda che spazia dai terahertz all'ultravioletto estremo (EUV), aprendo così nuove e ampie opportunità per la ricerca scientifica sui fotoni. Il revisore di "Nature" ha elogiato questa ricerca, affermando che "dimostra una nuova metodologia" e "susciterà certamente interesse nei campi degli acceleratori di particelle e della radiazione di sincrotrone". Un articolo di revisione correlato, sempre su "Nature", ha scritto: "Questo esperimento dimostra come combinare le caratteristiche dei due principali tipi di sorgenti luminose per acceleratori esistenti: le sorgenti di radiazione di sincrotrone e i laser a elettroni liberi. Si prevede che la sorgente luminosa SSMB troverà applicazione in futuro in campi come la litografia EUV e la spettroscopia fotoelettronica risolta in angolo". Una volta pubblicato, l'articolo ha immediatamente attirato grande attenzione da parte degli ambienti accademici e industriali nazionali e internazionali.

Figura 1. Schema dell'esperimento di verifica del principio SSMB (Fonte dell'immagine: "Nature")

Figura 2. Risultati sperimentali per la verifica del principio SSMB (Fonte dell'immagine: "Nature")

Nell'esperimento, il team di ricerca ha utilizzato un laser con una lunghezza d'onda di 1064 nanometri per controllare il fascio di elettroni nell'anello di accumulo MLS di Berlino, in modo che il fascio di elettroni compisse un giro completo (circonferenza di 48 metri) per formare una microstruttura fine, ovvero un micro-raggruppamento. Il micro-raggruppamento irradia luce coerente ad alta intensità e a banda stretta alla lunghezza d'onda del laser e alle sue armoniche superiori. L'esperimento ha verificato la formazione del micro-raggruppamento rilevando questa radiazione. La formazione del micro-raggruppamento dimostra che le fasi ottiche degli elettroni possono essere correlate giro per giro con una precisione inferiore alla lunghezza d'onda del laser, in modo che gli elettroni possano essere stabilmente confinati nel pozzo di potenziale ottico formato dal laser, verificando il meccanismo di funzionamento dell'SSMB. Lo schema sperimentale è mostrato in Figura 1 e alcuni risultati sperimentali sono mostrati in Figura 2.

Il concetto di SSMB è stato proposto nel 2010 da Zhao Wu, professore alla Stanford University e illustre visiting professor alla Tsinghua University, e dal suo dottorando Daniel Ratner. Zhao Wu continua a promuovere la ricerca e la cooperazione internazionale nell'ambito di SSMB. Nel 2017, Tang Chuanxiang e Zhao Wu hanno avviato l'esperimento. Il gruppo di ricerca di Tang Chuanxiang ha guidato il completamento dell'analisi teorica e della progettazione fisica dell'esperimento, ha sviluppato il sistema laser per l'esperimento di prova, ha condotto esperimenti con le unità collaborative e ha completato l'analisi dei dati sperimentali e la stesura dell'articolo.

dovrebbe essereEUVLa sorgente luminosa per la litografia apre una nuova strada tecnologicaattirando l'attenzione della comunità internazionale

"Una delle potenziali applicazioni della sorgente luminosa SSMB è come sorgente luminosa per le future macchine di litografia EUV. Questo è un motivo importante per cui la comunità internazionale presta molta attenzione alla ricerca SSMB dell'Università di Tsinghua", ha dichiarato Tang Chuanxiang ai giornalisti.

Nella filiera produttiva dei chip, le macchine per fotolitografia sono apparecchiature di precisione indispensabili e rappresentano la fase più complessa e critica del processo di fabbricazione dei circuiti integrati. La risoluzione di esposizione della macchina per litografia è direttamente correlata alla lunghezza d'onda. Per oltre mezzo secolo, la lunghezza d'onda della sorgente luminosa delle macchine per litografia si è progressivamente ridotta. La nuova generazione di tecnologie di litografia di riferimento, riconosciuta dall'industria dei chip, è la litografia EUV (luce ultravioletta estrema) con una lunghezza d'onda di 13.5 nanometri. Il funzionamento di una macchina per litografia EUV equivale a utilizzare luce ultravioletta estrema con una lunghezza d'onda pari a un decimillesimo del diametro di un capello per "incidere" i circuiti sul wafer. In definitiva, un chip delle dimensioni di un'unghia conterrà decine di miliardi di transistor. Questa apparecchiatura e tecnologia dimostrano il più alto livello di sviluppo tecnologico raggiunto dall'uomo. L'azienda olandese ASML è attualmente l'unico fornitore al mondo di macchine per litografia EUV, ciascuna delle quali ha un prezzo superiore a 100 milioni di dollari.

Le sorgenti luminose EUV ad alta potenza rappresentano il fondamento essenziale delle macchine per litografia EUV. Attualmente, ASML utilizza un laser pulsato ad alta energia per bombardare un bersaglio di stagno liquido, generando un plasma e producendo una sorgente luminosa EUV con una lunghezza d'onda di 13.5 nanometri e una potenza di circa 250 watt. Con la continua miniaturizzazione dei nodi di processo dei chip, si prevede che la potenza richiesta per le sorgenti luminose EUV aumenterà ulteriormente, raggiungendo livelli di kilowatt.

"In breve, la luce EUV richiesta dalla macchina per litografia necessita di una lunghezza d'onda corta e di un'elevata potenza", ha affermato Tang Chuanxiang. Le innovazioni nelle sorgenti luminose EUV ad alta potenza sono cruciali per l'ulteriore applicazione e sviluppo della litografia EUV. Tang Chuanxiang ha aggiunto: "Si prevede che le sorgenti luminose EUV basate su SSMB raggiungano un'elevata potenza media e abbiano il potenziale per espandersi a lunghezze d'onda più corte, fornendo una nuova soluzione per le innovazioni nelle sorgenti luminose EUV ad alta potenza".

La ricerca e lo sviluppo indipendenti di macchine per litografia EUV hanno ancora molta strada da fare. Le sorgenti luminose EUV basate su SSMB dovrebbero risolvere il problema principale del "collo di bottiglia" nella ricerca e sviluppo indipendenti di macchine per litografia. Ciò richiede una continua ricerca tecnologica sulle sorgenti luminose EUV SSMB e la cooperazione delle filiere industriali a monte e a valle per raggiungere un successo concreto.

È il momento giusto per affrontare i problemi chiaveDimostrare il modello di cooperazione internazionale

Nell'aprile del 2017, il team SSMB di Tsinghua ha avviato l'analisi teorica e la simulazione numerica dell'esperimento di verifica del principio SSMB. Il 21 luglio dello stesso anno, Tang Chuanxiang e Zhao Wu hanno organizzato il primo incontro di cooperazione SSMB a Tsinghua, assumendo un ruolo guida nella creazione di un gruppo di ricerca internazionale SSMB. Hanno unito le forze con ricercatori scientifici provenienti da Cina, Germania, Stati Uniti e altri paesi per promuovere diversi studi, tra cui esperimenti di verifica del principio SSMB. Dopo quattro anni di ricerca, il team SSMB ha compiuto importanti progressi, ottenendo risultati all'avanguardia a livello mondiale.

"SSMB utilizza laser per focalizzare gli elettroni. Rispetto alle microonde comunemente utilizzate nelle sorgenti di radiazione di sincrotrone, la lunghezza d'onda del sistema di focalizzazione è ridotta di 5 o 6 ordini di grandezza. Pertanto, per verificare il principio di funzionamento di SSMB, è necessario un acceleratore con un'elevatissima precisione di controllo per la variazione della posizione longitudinale (fase) degli elettroni da un giro all'altro, e l'anello di accumulo LS del PTB in Germania è quello che più si avvicina alle esigenze sperimentali di SSMB sotto questo aspetto. Dopo un contatto preliminare e uno scambio di informazioni tra i docenti, due istituzioni tedesche, HZB e PTB, si sono unite attivamente al team di ricerca e hanno avviato una collaborazione con noi", ha affermato Deng Xiujie, dottorando del 2015 presso il Dipartimento di Ingegneria e Fisica dell'Università di Tsinghua, che ha partecipato all'intero esperimento in Germania.

Dal 2017, i membri del team di Tsinghua si sono recati a Berlino otto volte per partecipare a tutti gli aspetti dell'esperimento, dalla preparazione all'operatività. Dopo un lungo periodo di duro lavoro, l'esperimento ha avuto successo il 31 agosto 2019. Deng Xiujie ha affermato: "SSMB coinvolge molti effetti fisici e gli esperimenti sono complessi. Il team ha affrontato numerosi tentativi falliti e ha continuato ad approfondire la comprensione dei problemi fisici e del funzionamento effettivo dell'acceleratore durante l'esperimento, fino a risolverli uno per uno. Quando non è stato possibile condurre esperimenti in loco, non abbiamo smesso di lavorare, conducendo analisi teoriche sui dati sperimentali raccolti in precedenza, tenendo riunioni di lavoro regolari e mantenendo contatti via e-mail o online. Inoltre, il team sperimentale SSMB è un team di cooperazione internazionale. Dalla fase iniziale di rodaggio alla graduale familiarità e comprensione, fino al progressivo miglioramento, l'intero team concorda sul fatto che abbiamo davvero raggiunto l'obiettivo '1+1>>2', e tutti sono pieni di fiducia nella futura collaborazione."

Risolvere il problema del "collo bloccato".L'Università Tsinghua si assume coraggiosamente la pesante responsabilità

“Le università del mio Paese devono assumersi con coraggio pesanti responsabilità e liberare il potenziale della ricerca di base e dell'innovazione scientifica e tecnologica al loro interno”. Il 22 settembre 2020, il Segretario Generale Xi Jinping ha riposto grandi speranze nelle università, auspicando che rafforzino l'innovazione e raggiungano traguardi significativi nelle tecnologie chiave, in occasione di un simposio di esperti nei settori dell'istruzione, della cultura, della sanità e dello sport.

L'Università di Tsinghua eredita e porta avanti la tradizione di ricerca scientifica di Tsinghua, basata sul principio di "sostenere il cielo, rimanere con i piedi per terra e formare le persone", rafforzando il senso di responsabilità, missione e urgenza nel contribuire all'autosufficienza del Paese in ambito scientifico e tecnologico. L'obiettivo è approfondire la riforma dei sistemi e dei meccanismi di ricerca scientifica e innovare i modelli organizzativi della ricerca. Si intende inoltre potenziare la ricerca di base "partendo da zero" e accelerare la ricerca sulle tecnologie chiave, in particolare per quanto riguarda i problemi più critici.

Puntare all'avanguardia della scienza e della tecnologia mondiale e prescrivere la medicina giusta. Questa volta, il gruppo di ricerca di Tang Chuanxiang presso il Dipartimento di Fisica Ingegneristica dell'Università di Tsinghua e il team di cooperazione internazionale hanno profuso grandi sforzi nel "Micro-raggruppamento in Stato Stazionario" (SSMB), un'area chiave che si prevede risolverà problemi cruciali e che necessita di essere superata. Continuano ad intensificare la ricerca e l'innovazione tecnologica chiave in campi strategici e lungimiranti, si impegnano a rafforzare le capacità di innovazione indipendenti e a servire la strategia nazionale di sviluppo trainata dall'innovazione.

Attualmente, l'Università di Tsinghua sta attivamente supportando e promuovendo a livello nazionale la realizzazione di un progetto per la sorgente di luce EUV SSMB. Il gruppo di ricerca SSMB di Tsinghua ha presentato alla Commissione nazionale per lo sviluppo e la riforma una proposta progettuale per il "Dispositivo di ricerca per la sorgente di luce ultravioletta estrema a micro-aggregazione in stato stazionario", candidandosi per un importante progetto di infrastruttura scientifica e tecnologica nazionale nell'ambito del "14° Piano quinquennale".

Il professor Tang Chuanxiang del Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Tsinghua e il dottor Jörg Feikes dell'HZB sono gli autori corrispondenti di questo articolo, mentre Deng Xiujie, dottorando del 2015 presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Tsinghua, è il primo autore. Questa ricerca è stata finanziata dal progetto di ricerca scientifica indipendente dell'Università di Tsinghua.