Tsinghua Nieuwsnetwerk2maan25Japan Nieuws(verslaggeverWen XingyuOp 25 februari publiceerde de onderzoeksgroep van Tang Chuanxiang, hoogleraar aan de afdeling Technische Natuurkunde van de Tsinghua Universiteit, samen met een team van het Helmholtz Centrum voor Materialen en Energie Berlijn (HZB) en het Duitse Federale Instituut voor Fysica en Technologie (PTB) een artikel in Nature.Natuur en wandelen) publiceerde een onderzoeksartikel getiteld "Experimentele demonstratie van het mechanisme van steady-state microbunching", waarin het eerste principe verificatie-experiment van een nieuw type deeltjesversnellerlichtbron "Steady-state microbunching (SSMB)" werd beschreven.

Gebaseerd op het SSMB-principe kan coherente straling met een hoog vermogen, hoge herhalingsfrequentie en smalle bandbreedte worden verkregen, waarbij het golflengtebereik van terahertz tot extreem ultraviolet (EUV) kan worden bestreken. Dit biedt naar verwachting brede nieuwe mogelijkheden voor fotonwetenschappelijk onderzoek. De recensent van "Nature" sprak lovend over dit onderzoek en stelde dat het "een nieuwe methodologie demonstreert" en "zeker interesse zal wekken in de vakgebieden van deeltjesversnellers en synchrotronstraling". Een gerelateerd overzichtsartikel in "Nature" schreef: "Dit experiment laat zien hoe de kenmerken van de twee belangrijkste soorten bestaande lichtbronnen voor versnellers – synchrotronstraling en vrije-elektronenlasers – gecombineerd kunnen worden. De SSMB-lichtbron zal naar verwachting in de toekomst worden gebruikt in vakgebieden zoals EUV-lithografie en hoekafhankelijke foto-elektronspectroscopie." Na publicatie trok het artikel onmiddellijk veel aandacht van academische en industriële kringen in binnen- en buitenland.

Figuur 1. Schematisch diagram van het SSMB-principeverificatie-experiment (Afbeeldingsbron: "Nature").

Figuur 2. Experimentele resultaten van de verificatie van het SSMB-principe (Afbeeldingsbron: "Nature").

In het experiment gebruikte het onderzoeksteam een ​​laser met een golflengte van 1064 nanometer om de elektronenbundel in de MLS-opslagring in Berlijn te besturen. Hierdoor beschreef de elektronenbundel een volledige cirkel (omtrek 48 meter) en vormde zo een fijne microstructuur, oftewel een microbundel. Microbundels stralen coherent licht met een hoge intensiteit en een smalle bandbreedte uit, met de golflengte van de laser en hogere harmonischen daarvan. Het experiment bevestigde de vorming van microbundels door deze straling te detecteren. De vorming van microbundels bewijst dat de optische fasen van elektronen cirkel voor cirkel gecorreleerd kunnen worden met een precisie die korter is dan de golflengte van de laser. Hierdoor kunnen elektronen stabiel gebonden blijven in de optische potentiaalput die door de laser wordt gevormd, wat het werkingsmechanisme van SSMB bevestigt. Het experimentele schema is weergegeven in Figuur 1 en enkele experimentele resultaten in Figuur 2.

Het SSMB-concept werd in 2010 voorgesteld door Zhao Wu, hoogleraar aan Stanford University en vooraanstaand gasthoogleraar aan Tsinghua University, en zijn promovendus Daniel Ratner. Zhao Wu blijft onderzoek en internationale samenwerking binnen SSMB bevorderen. In 2017 namen Tang Chuanxiang en Zhao Wu het experiment op. De onderzoeksgroep van Tang Chuanxiang leidde de voltooiing van de theoretische analyse en het fysieke ontwerp van het experiment, ontwikkelde het lasersysteem voor het testexperiment, voerde experimenten uit met samenwerkende partijen en voltooide de analyse van de experimentele gegevens en het schrijven van het artikel.

zal naar verwachting zijnEUVDe lichtbron voor lithografie biedt een nieuwe technologische route.de aandacht trekken van de internationale gemeenschap

"Een van de potentiële toepassingen van de SSMB-lichtbron is als lichtbron voor toekomstige EUV-lithografiemachines. Dit is een belangrijke reden waarom de internationale gemeenschap de SSMB-onderzoeken van de Tsinghua Universiteit nauwlettend volgt", vertelde Tang Chuanxiang aan verslaggevers.

In de chipfabricageketen zijn fotolithografiemachines onmisbare precisieapparatuur en de meest complexe en kritische processtap in de productie van geïntegreerde schakelingen. De belichtingsresolutie van de lithografiemachine is direct gerelateerd aan de golflengte. Al meer dan een halve eeuw wordt de golflengte van de lichtbron van de lithografiemachine steeds kleiner. De nieuwe generatie gangbare lithografietechnologie die door de chipindustrie wordt erkend, is EUV-lithografie (extreem ultraviolet licht) met een golflengte van 13.5 nanometer. Het werk van een EUV-lithografiemachine is vergelijkbaar met het gebruik van extreem ultraviolet licht met een golflengte van slechts een tienduizendste van de diameter van een haar om circuits op de wafer te "kerven". Uiteindelijk zal een chip ter grootte van een vingernagel tientallen miljarden transistors bevatten. Deze apparatuur en technologie demonstreren het topniveau van menselijke technologische ontwikkeling. Het Nederlandse bedrijf ASML is momenteel de enige leverancier van EUV-lithografiemachines ter wereld, waarbij elke EUV-lithografiemachine voor meer dan 100 miljoen dollar wordt verkocht.

Een krachtige EUV-lichtbron vormt de kern van een EUV-lithografiemachine. ASML gebruikt momenteel een hoogenergetische pulslaser om een ​​vloeibaar tin-target te bombarderen, waardoor een plasma ontstaat dat vervolgens een EUV-lichtbron genereert met een golflengte van 13.5 nanometer en een vermogen van ongeveer 250 watt. Naarmate de chipfabricageprocessen steeds kleiner worden, zal de behoefte aan EUV-lichtbronnen naar verwachting blijven toenemen en het kilowattniveau bereiken.

"Kort gezegd vereist het EUV-licht dat de lithografiemachine nodig heeft een korte golflengte en een hoog vermogen", aldus Tang Chuanxiang. Doorbraken in krachtige EUV-lichtbronnen zijn cruciaal voor de verdere toepassing en ontwikkeling van EUV-lithografie. Tang Chuanxiang vervolgde: "Van EUV-lichtbronnen gebaseerd op SSMB wordt verwacht dat ze een hoog gemiddeld vermogen bereiken en de potentie hebben om uit te breiden naar kortere golflengten, wat een nieuwe oplossing biedt voor doorbraken in krachtige EUV-lichtbronnen."

De onafhankelijke ontwikkeling van EUV-lithografiemachines heeft nog een lange weg te gaan. EUV-lichtbronnen gebaseerd op SSMB zullen naar verwachting het kernprobleem van de onafhankelijke ontwikkeling van lithografiemachines oplossen. Dit vereist continu technologisch onderzoek naar SSMB EUV-lichtbronnen en samenwerking tussen de toeleveranciers en afnemers om daadwerkelijk succes te behalen.

Het is het juiste moment om belangrijke problemen aan te pakken.Illustreer het patroon van internationale samenwerking

Het SSMB-team van Tsinghua startte in april 2017 met de theoretische analyse en numerieke simulatie van het experiment ter verificatie van het SSMB-principe. Op 21 juli van dat jaar organiseerden Tang Chuanxiang en Zhao Wu de eerste SSMB-samenwerkingsbijeenkomst in Tsinghua en namen ze het voortouw bij de oprichting van een internationale SSMB-onderzoeksgroep. Ze bundelden hun krachten met wetenschappers uit China, Duitsland, de Verenigde Staten en andere landen om diverse studies te bevorderen, waaronder experimenten ter verificatie van het SSMB-principe. Na vier jaar onderzoek heeft het SSMB-onderzoeksteam een ​​aantal belangrijke doorbraken bereikt, met resultaten die wereldwijd toonaangevend zijn.

"SSMB gebruikt lasers om elektronen te focussen. In vergelijking met de microgolven die gewoonlijk in synchrotronstralingsbronnen worden gebruikt, is de golflengte van het focusseersysteem 5 tot 6 ordes van grootte korter. Om het principe van SSMB te verifiëren, is daarom een ​​versneller nodig met een zeer hoge nauwkeurigheid voor de controle van de verandering in de longitudinale positie (fase) van elektronen van cyclus tot cyclus. De M LS-opslagring van PTB in Duitsland voldoet in dit opzicht het beste aan de experimentele eisen van SSMB. Na een eerste contact en overleg tussen docenten sloten twee instellingen in Duitsland, HZB en PTB, zich actief aan bij het onderzoeksteam en voerden ze gezamenlijk onderzoek met ons uit," aldus Deng Xiujie, een promovendus van de faculteit Ingenieurswetenschappen en Natuurkunde aan de Tsinghua Universiteit in 2015, die aan het volledige experiment in Duitsland heeft deelgenomen.

Sinds 2017 zijn teamleden van Tsinghua acht keer naar Berlijn gereisd om deel te nemen aan alle aspecten van het experiment, van de voorbereiding tot de uitvoering. Na een lange periode van hard werken werd het experiment op 31 augustus 2019 met succes afgerond. Deng Xiujie zei: "SSMB omvat veel fysische effecten en de experimenten zijn complex. Het team heeft vele mislukte pogingen gedaan en is tijdens het experiment steeds dieper ingegaan op de fysische problemen en de daadwerkelijke werking van de versneller, totdat ze uiteindelijk de problemen één voor één hebben opgelost. Wanneer het niet mogelijk was om experimenten ter plaatse uit te voeren, zijn we niet gestopt met werken en hebben we theoretische analyses uitgevoerd op de eerder verzamelde experimentele gegevens, regelmatig overleg gevoerd en via e-mail of online gediscussieerd." "Bovendien is het SSMB-experimententeam een ​​internationaal samenwerkingsteam. Van de eerste problemen tot de geleidelijke vertrouwdheid en het begrip, en de geleidelijke verbetering, is het hele team het erover eens dat we '1+1>>2' echt hebben bereikt, en iedereen heeft er alle vertrouwen in dat we in de toekomst verder zullen samenwerken."

Los het probleem van de "vastzittende nek" op.De Tsinghua-universiteit draagt ​​de zware verantwoordelijkheid moedig.

“De universiteiten van mijn land moeten moedig hun zware verantwoordelijkheden op zich nemen en het potentieel van fundamenteel onderzoek en wetenschappelijke en technologische innovatie binnen de universiteiten ontsluiten.” Op 22 september 2020 sprak secretaris-generaal Xi Jinping tijdens een symposium met deskundige vertegenwoordigers uit de sectoren onderwijs, cultuur, gezondheid en sport zijn hoge verwachtingen uit van universiteiten om innovatie te versterken en doorbraken te realiseren in belangrijke kerntechnologieën.

De Tsinghua Universiteit erft en zet de wetenschappelijke onderzoekstraditie van Tsinghua voort, die gebaseerd is op het principe "de hemel vasthouden, met beide benen op de grond staan ​​en mensen opleiden". Daarbij wordt het gevoel van verantwoordelijkheid, missie en urgentie versterkt om bij te dragen aan de zelfredzaamheid van het land op het gebied van wetenschap en technologie. De hervorming van wetenschappelijke onderzoekssystemen en -mechanismen wordt verder verdiept en er worden innovatieve organisatiemodellen voor wetenschappelijk onderzoek ontwikkeld. Het fundamentele onderzoek wordt versterkt en het onderzoek naar cruciale kerntechnologieën, met name de meest hardnekkige problemen, wordt versneld.

Streef naar de voorhoede van wereldwijde wetenschap en technologie en schrijf het juiste medicijn voor. Ditmaal heeft de onderzoeksgroep van Tang Chuanxiang aan de afdeling Technische Natuurkunde van de Tsinghua Universiteit, samen met het internationale samenwerkingsteam, grote inspanningen geleverd op het gebied van "Steady State Micro-bunching" (SSMB), een sleutelgebied dat naar verwachting belangrijke knelpunten zal oplossen. Ze blijven de intensiteit van onderzoek en innovatie in belangrijke kerntechnologieën in toekomstgerichte en strategische gebieden verhogen, streven ernaar de onafhankelijke innovatiecapaciteiten te versterken en dragen bij aan de nationale innovatiegedreven ontwikkelingsstrategie.

Momenteel ondersteunt en bevordert de Tsinghua Universiteit actief de realisatie van het SSMB EUV-lichtbronproject op nationaal niveau. De SSMB-onderzoeksgroep van Tsinghua heeft een projectvoorstel ingediend voor het "Onderzoeksapparaat voor een stationaire microbundelende extreem ultraviolette lichtbron" bij de Nationale Ontwikkelings- en Hervormingscommissie, waarmee het een belangrijke nationale wetenschappelijke en technologische infrastructuur in het kader van het "14e Vijfjarenplan" aanvraagt.

Professor Tang Chuanxiang van de faculteit Ingenieurswetenschappen van de Tsinghua Universiteit en dr. Jörg Feikes van HZB zijn de corresponderende auteurs van dit artikel, en Deng Xiujie, een promovendus van de faculteit Ingenieurswetenschappen van de Tsinghua Universiteit (2015), is de eerste auteur. Dit onderzoek werd ondersteund door het onafhankelijke wetenschappelijke onderzoeksproject van de Tsinghua Universiteit.