Rangkaian Berita Tsinghua2bulan25Berita Jepun(wartawanWen Xingyu) Pada 25 Februari, kumpulan penyelidikan Tang Chuanxiang, seorang profesor di Jabatan Fizik Kejuruteraan di Universiti Tsinghua, dan pasukan kolaboratif dari Pusat Helmholtz untuk Bahan dan Tenaga Berlin (HZB) dan Institut Persekutuan Jerman untuk Fizik dan Teknologi (PTB) telah menerbitkan sebuah kertas kerja dalam Nature (Alam) menerbitkan kertas penyelidikan bertajuk "Demonstrasi eksperimen mekanisme mikrobunching keadaan mantap", melaporkan eksperimen pengesahan prinsip pertama bagi sumber cahaya pemecut zarah jenis baharu "mikrobunching keadaan mantap (SSMB)".

Berdasarkan prinsip SSMB, sinaran koheren berkuasa tinggi, frekuensi pengulangan tinggi, lebar jalur sempit boleh diperolehi, dan panjang gelombang boleh meliputi jalur terahertz hingga ultraungu ekstrem (EUV), yang dijangka menyediakan peluang baharu yang luas untuk penyelidikan saintifik foton. Pengulas "Nature" memuji penyelidikan ini, dengan mengatakan bahawa ia "menunjukkan metodologi baharu" dan "pastinya akan membangkitkan minat dalam bidang pemecut zarah dan sinaran sinkrotron." Satu artikel ulasan berkaitan dalam "Nature" menulis: "Eksperimen ini menunjukkan cara menggabungkan ciri-ciri dua jenis utama sumber cahaya pemecut sedia ada - sumber cahaya sinaran sinkrotron dan laser elektron bebas. Sumber cahaya SSMB dijangka akan digunakan dalam bidang seperti litografi EUV dan spektroskopi fotoelektron bersudut pada masa hadapan." Sebaik sahaja kertas kerja itu diterbitkan, ia serta-merta menarik perhatian besar daripada kalangan akademik dan perindustrian domestik dan asing.

Rajah 1. Gambarajah skematik eksperimen pengesahan prinsip SSMB (Sumber gambar: "Alam Semula Jadi")

Rajah 2. Keputusan eksperimen pengesahan prinsip SSMB (Sumber gambar: "Alam Semula Jadi")

Dalam eksperimen ini, pasukan penyelidikan menggunakan laser dengan panjang gelombang 1064 nanometer untuk mengawal pancaran elektron dalam cincin penyimpanan MLS di Berlin, supaya pancaran elektron membuat bulatan penuh (lilitan 48 meter) untuk membentuk mikrostruktur halus, iaitu, mikro-gumpalan. Mikro-gumpalan memancarkan cahaya koheren jalur lebar sempit berintensiti tinggi pada panjang gelombang laser dan harmoniknya yang lebih tinggi. Eksperimen ini mengesahkan pembentukan mikro-gumpalan dengan mengesan sinaran ini. Pembentukan mikro-gumpalan membuktikan bahawa fasa optik elektron boleh dikorelasikan bulatan demi bulatan dengan ketepatan yang lebih pendek daripada panjang gelombang laser, supaya elektron boleh terikat secara stabil dalam potensi optik yang dibentuk dengan baik oleh laser, mengesahkan mekanisme kerja SSMB. Skema eksperimen ditunjukkan dalam Rajah 1, dan beberapa keputusan eksperimen ditunjukkan dalam Rajah 2.

Konsep SSMB telah dicadangkan pada tahun 2010 oleh Zhao Wu, seorang profesor di Universiti Stanford dan profesor pelawat terkemuka di Universiti Tsinghua, dan pelajar kedoktorannya Daniel Ratner. Zhao Wu terus mempromosikan penyelidikan dan kerjasama antarabangsa di SSMB. Pada tahun 2017, Tang Chuanxiang dan Zhao Wu memulakan eksperimen ini. Kumpulan penyelidikan Tang Chuanxiang mengetuai penyiapan analisis teori dan reka bentuk fizikal eksperimen, membangunkan sistem laser untuk eksperimen ujian, menjalankan eksperimen dengan unit kerjasama, dan menyelesaikan analisis data eksperimen dan penulisan artikel.

dijangka akanEUVSumber cahaya litografi menyediakan laluan teknologi baharumenarik perhatian masyarakat antarabangsa

"Salah satu aplikasi berpotensi sumber cahaya SSMB adalah sebagai sumber cahaya untuk mesin litografi EUV pada masa hadapan. Ini merupakan sebab penting mengapa masyarakat antarabangsa memberi perhatian khusus kepada penyelidikan SSMB Universiti Tsinghua." Tang Chuanxiang memberitahu pemberita.

Dalam rantaian industri pembuatan cip, mesin fotolitografi merupakan peralatan ketepatan yang sangat diperlukan dan langkah proses yang paling kompleks dan kritikal dalam pembuatan cip litar bersepadu. Resolusi pendedahan mesin litografi secara langsung berkaitan dengan panjang gelombang. Selama lebih setengah abad, panjang gelombang sumber cahaya mesin litografi telah terus mengecut. Generasi baharu teknologi litografi arus perdana yang diiktiraf oleh industri cip ialah litografi EUV (sumber cahaya ultraungu ekstrem) dengan panjang gelombang 13.5 nanometer. Kerja mesin litografi EUV adalah bersamaan dengan menggunakan cahaya ultraungu ekstrem dengan panjang gelombang hanya satu persepuluh ribu diameter rambut untuk "mengukir" litar pada wafer. Akhirnya, cip sebesar kuku akan mengandungi puluhan bilion transistor. Peralatan dan teknologi ini menunjukkan tahap tertinggi pembangunan teknologi manusia. Syarikat ASML Belanda kini merupakan satu-satunya pembekal mesin litografi EUV di dunia, dengan setiap mesin litografi EUV dijual dengan harga lebih daripada US$100 juta.

Sumber cahaya EUV berkuasa tinggi merupakan asas teras mesin litografi EUV. ASML kini menggunakan laser denyut bertenaga tinggi untuk mengebom sasaran timah cecair bagi membentuk plasma dan kemudian menjana sumber cahaya EUV dengan panjang gelombang 13.5 nanometer dan kuasa kira-kira 250 watt. Memandangkan nod proses cip terus mengecut, keperluan untuk kuasa sumber cahaya EUV dijangka terus meningkat, mencapai tahap kilowatt.

"Pendek kata, cahaya EUV yang diperlukan oleh mesin litografi memerlukan panjang gelombang pendek dan kuasa tinggi." kata Tang Chuanxiang. Penemuan dalam sumber cahaya EUV berkuasa tinggi adalah penting untuk aplikasi dan pembangunan litografi EUV selanjutnya. Tang Chuanxiang berkata: "Sumber cahaya EUV berdasarkan SSMB dijangka mencapai kuasa purata yang besar dan berpotensi untuk berkembang kepada panjang gelombang yang lebih pendek, menyediakan penyelesaian baharu untuk penemuan dalam sumber cahaya EUV berkuasa tinggi."

Penyelidikan dan pembangunan bebas mesin litografi EUV masih jauh untuk ditempuhi. Sumber cahaya EUV berdasarkan SSMB dijangka dapat menyelesaikan masalah teras "leher tersekat" dalam penyelidikan dan pembangunan bebas mesin litografi. Ini memerlukan penyelidikan teknologi berterusan mengenai sumber cahaya EUV SSMB dan kerjasama rantaian industri huluan dan hiliran untuk mencapai kejayaan sebenar.

Masa yang sesuai untuk menangani masalah utamaMenunjukkan corak kerjasama antarabangsa

Pasukan Tsinghua SSMB memulakan analisis teori dan simulasi berangka eksperimen pengesahan prinsip SSMB pada April 2017. Pada 21 Julai tahun itu, Tang Chuanxiang dan Zhao Wu menganjurkan mesyuarat kerjasama SSMB pertama di Tsinghua, dan menerajui penubuhan kumpulan penyelidikan SSMB antarabangsa. Mereka bergabung tenaga dengan penyelidik saintifik dari China, Jerman, Amerika Syarikat dan negara-negara lain untuk mula mempromosikan pelbagai kajian termasuk eksperimen pengesahan prinsip SSMB. Selepas empat tahun penyelidikan, pasukan penyelidikan SSMB telah mencapai beberapa kemajuan penting, dengan keputusan yang mendahului dunia.

"SSMB menggunakan laser untuk memfokuskan elektron. Berbanding dengan gelombang mikro yang biasa digunakan dalam sumber sinaran sinkrotron, panjang gelombang sistem pemfokusan dipendekkan sebanyak 5 hingga 6 peringkat magnitud. Oleh itu, untuk mengesahkan prinsip SSMB, pemecut diperlukan untuk mempunyai ketepatan kawalan yang sangat tinggi untuk perubahan kedudukan membujur (fasa) elektron dari bulatan ke bulatan, dan M PTB di Jerman. Cincin penyimpanan LS adalah yang paling hampir dengan keperluan eksperimen SSMB dalam aspek ini. Selepas hubungan awal dan komunikasi antara guru, dua institusi di Jerman, HZB dan PTB, secara aktif menyertai pasukan penyelidikan dan menjalankan penyelidikan kerjasama dengan kami," kata Deng Xiujie, seorang pelajar kedoktoran 2015 di Jabatan Kejuruteraan dan Fizik di Universiti Tsinghua yang mengambil bahagian dalam keseluruhan eksperimen di Jerman.

Sejak tahun 2017, ahli pasukan Tsinghua telah pergi ke Berlin lapan kali untuk menyertai semua aspek eksperimen daripada persediaan hinggalah operasi. Selepas tempoh kerja keras yang panjang, eksperimen ini berjaya pada 31 Ogos 2019. Deng Xiujie berkata: "SSMB melibatkan banyak kesan fizikal dan eksperimennya sukar. Pasukan ini telah melalui banyak percubaan yang gagal dan terus memperdalam pemahaman mereka tentang masalah fizikal dan operasi pemecut sebenar semasa eksperimen sehingga akhirnya mereka menyelesaikan masalah satu persatu. Apabila mustahil untuk menjalankan eksperimen di tapak, kami tidak berhenti bekerja dan akan menjalankan analisis teori terhadap data eksperimen yang dikumpul sebelum ini, mengadakan mesyuarat kerja secara berkala, dan menjalankan perbincangan e-mel atau dalam talian. "Di samping itu, pasukan eksperimen SSMB merupakan pasukan kerjasama antarabangsa. Daripada permulaan awal hinggalah kepada kebiasaan dan pemahaman secara beransur-ansur hinggalah kepada peningkatan secara beransur-ansur, seluruh pasukan bersetuju bahawa kami benar-benar telah mencapai '1+1>>2', dan semua orang yakin dengan kerjasama selanjutnya pada masa hadapan."

Selesaikan masalah "leher tersekat"Universiti Tsinghua memikul tanggungjawab yang berat dengan berani

“Universiti-universiti negara saya mesti berani memikul tanggungjawab yang berat dan melepaskan potensi penyelidikan asas serta inovasi saintifik dan teknologi di universiti.” Pada 22 September 2020, Setiausaha Agung Xi Jinping meletakkan harapan yang tinggi kepada universiti untuk memperkukuh inovasi dan menembusi teknologi teras utama di simposium wakil pakar dalam bidang pendidikan, budaya, kesihatan dan sukan.

Universiti Tsinghua mewarisi dan meneruskan tradisi penyelidikan saintifik Tsinghua iaitu "memegang langit, berdiri di atas tanah, dan memupuk manusia", dan meningkatkan rasa tanggungjawab, misi dan kesungguhan untuk berkhidmat kepada kemandirian negara dalam sains dan teknologi. Memperdalam pembaharuan sistem dan mekanisme penyelidikan saintifik, dan menginovasi model organisasi penyelidikan saintifik. Memperkukuhkan penyelidikan asas "dari 0 hingga 1" dan mempercepatkan penyelidikan mengenai teknologi teras utama, terutamanya masalah "leher tersekat".

Sasarkan diri di barisan hadapan sains dan teknologi dunia dan tetapkan ubat yang betul. Kali ini, kumpulan penyelidikan Tang Chuanxiang di Jabatan Fizik Kejuruteraan Universiti Tsinghua dan pasukan kerjasama antarabangsa telah berusaha keras dalam "Steady State Micro-bunching" (SSMB), bidang utama yang dijangka dapat menyelesaikan bidang utama dan keperluan untuk menyelesaikan isu "leher tersekat". Mereka terus meningkatkan intensiti penyelidikan dan inovasi teknologi teras utama dalam bidang yang berpandangan ke hadapan dan strategik, berusaha untuk meningkatkan keupayaan inovasi bebas, dan berkhidmat untuk strategi pembangunan yang dipacu inovasi negara.

Pada masa ini, Universiti Tsinghua sedang giat menyokong dan mempromosikan projek penubuhan sumber cahaya SSMB EUV di peringkat kebangsaan. Kumpulan penyelidikan Tsinghua SSMB telah mengemukakan cadangan projek untuk "Peranti Penyelidikan Sumber Cahaya Ultraungu Ekstrem Mikro-bunching Keadaan Mantap" kepada Suruhanjaya Pembangunan dan Pembaharuan Negara, memohon infrastruktur sains dan teknologi kebangsaan utama dalam "Rancangan Lima Tahun ke-14".

Profesor Tang Chuanxiang dari Jabatan Kejuruteraan dan Kejuruteraan Universiti Tsinghua dan Dr. Jörg Feikes dari HZB adalah penulis artikel ini, dan Deng Xiujie, seorang pelajar kedoktoran 2015 di Jabatan Kejuruteraan dan Kejuruteraan di Universiti Tsinghua, adalah penulis pertama. Penyelidikan ini disokong oleh projek penyelidikan saintifik bebas Universiti Tsinghua.