Sieć informacyjna Tsinghua2księżyc25Wiadomości z Japonii(reporterWen Xingyu) 25 lutego grupa badawcza Tang Chuanxiang, profesora z Wydziału Fizyki Inżynieryjnej Uniwersytetu Tsinghua, oraz zespół badawczy z Centrum Materiałów i Energii Helmholtza w Berlinie (HZB) i Niemieckiego Federalnego Instytutu Fizyki i Technologii (PTB) opublikowały artykuł w czasopiśmie Nature (Nature) opublikował pracę badawczą zatytułowaną „Eksperymentalna demonstracja mechanizmu stacjonarnych mikrogrup”, w której opisano pierwszy eksperyment weryfikujący zasadę działania nowego typu źródła światła akceleratora cząstek „Standardowe mikrogrupy (SSMB)”.

W oparciu o zasadę SSMB, możliwe jest uzyskanie spójnego promieniowania o dużej mocy i wysokiej częstotliwości repetycji, o wąskim paśmie, a długość fali może obejmować pasma od teraherców do skrajnego ultrafioletu (EUV), co, jak się oczekuje, stworzy nowe, szerokie możliwości dla badań naukowych nad fotonami. Recenzent „Nature” wysoko ocenił te badania, stwierdzając, że „demonstrują one nową metodologię” i „z pewnością wzbudzą zainteresowanie w dziedzinie akceleratorów cząstek i promieniowania synchrotronowego”. W powiązanym artykule przeglądowym w „Nature” napisano: „Ten eksperyment demonstruje, jak połączyć cechy dwóch głównych typów istniejących źródeł światła akceleratorowego – źródeł promieniowania synchrotronowego i laserów na swobodnych elektronach. Oczekuje się, że źródło światła SSMB będzie w przyszłości wykorzystywane w takich dziedzinach jak litografia EUV i spektroskopia fotoelektronów z rozdzielczością kątową”. Po opublikowaniu artykuł natychmiast wzbudził duże zainteresowanie krajowych i zagranicznych środowisk akademickich i przemysłowych.

Rysunek 1. Schematyczny diagram eksperymentu weryfikacji zasady SSMB (źródło zdjęcia: „Nature”)

Rysunek 2. Wyniki eksperymentów weryfikujących zasadę SSMB (źródło zdjęcia: „Nature”)

W eksperymencie zespół badawczy wykorzystał laser o długości fali 1064 nanometrów do sterowania wiązką elektronów w pierścieniu akumulacyjnym MLS w Berlinie, tak aby wiązka elektronów zatoczyła pełne koło (obwód 48 metrów) i utworzyła drobną mikrostrukturę, czyli mikropęczek. Mikropęczki emitują światło spójne o wysokiej intensywności i wąskim paśmie o długości fali lasera i jego wyższych harmonicznych. Eksperyment potwierdził powstawanie mikropęczków poprzez detekcję tego promieniowania. Powstawanie mikropęczków dowodzi, że fazy optyczne elektronów można korelować koło po okręgu z precyzją krótszą niż długość fali lasera, dzięki czemu elektrony mogą być stabilnie wiązane w potencjale optycznym dobrze wytworzonym przez laser, co potwierdza mechanizm działania SSMB. Schemat eksperymentu przedstawiono na rysunku 1, a niektóre wyniki eksperymentów na rysunku 2.

Koncepcja SSMB została zaproponowana w 2010 roku przez Zhao Wu, profesora Uniwersytetu Stanforda i wybitnego profesora wizytującego Uniwersytetu Tsinghua, oraz jego doktoranta Daniela Ratnera. Zhao Wu nadal promuje badania i współpracę międzynarodową w SSMB. W 2017 roku Tang Chuanxiang i Zhao Wu zainicjowali eksperyment. Grupa badawcza Tang Chuanxianga kierowała ukończeniem analizy teoretycznej i projektu fizycznego eksperymentu, opracowała system laserowy do eksperymentu testowego, przeprowadziła eksperymenty z jednostkami współpracującymi oraz ukończyła analizę danych eksperymentalnych i pisanie artykułu.

ma byćEUVŹródło światła litograficznego zapewnia nową drogę technologicznąprzyciągnięcie uwagi społeczności międzynarodowej

„Jednym z potencjalnych zastosowań źródła światła SSMB jest wykorzystanie go jako źródła światła dla przyszłych maszyn litograficznych EUV. To ważny powód, dla którego społeczność międzynarodowa zwraca baczną uwagę na badania Uniwersytetu Tsinghua nad SSMB” – powiedział dziennikarzom Tang Chuanxiang.

W łańcuchu produkcji układów scalonych, fotolitografy są niezbędnym, precyzyjnym sprzętem i najbardziej złożonym oraz krytycznym etapem procesu produkcji układów scalonych. Rozdzielczość naświetlania maszyny litograficznej jest bezpośrednio związana z długością fali. Od ponad pół wieku długość fali źródła światła maszyny litograficznej stale się zmniejsza. Nową generacją popularnej technologii litograficznej, uznawaną przez przemysł układów scalonych, jest litografia EUV (źródło światła skrajnego ultrafioletu) o długości fali 13.5 nanometra. Praca maszyny litograficznej EUV jest równoważna użyciu światła skrajnego ultrafioletu o długości fali wynoszącej zaledwie jedną dziesięciotysięczną średnicy włosa do „rzeźbienia” obwodów na płytce półprzewodnikowej. Docelowo układ scalony wielkości paznokcia będzie zawierał dziesiątki miliardów tranzystorów. Ten sprzęt i technologia świadczą o najwyższym poziomie rozwoju technologii ludzkiej. Holenderska firma ASML jest obecnie jedynym dostawcą maszyn litograficznych EUV na świecie, a wartość każdej takiej maszyny przekracza 100 milionów dolarów amerykańskich.

Źródło światła EUV o dużej mocy stanowi podstawę maszyny litograficznej EUV. ASML wykorzystuje obecnie laser impulsowy o dużej energii do bombardowania ciekłej cyny, tworząc plazmę, a następnie generując źródło światła EUV o długości fali 13.5 nanometra i mocy około 250 watów. Wraz z ciągłym zmniejszaniem się węzłów procesora, oczekuje się, że wymagania dotyczące mocy źródeł światła EUV będą nadal rosły, osiągając poziom kilowatów.

„Krótko mówiąc, światło EUV wymagane przez maszynę litograficzną wymaga krótkiej długości fali i dużej mocy” – powiedział Tang Chuanxiang. Przełomy w dziedzinie źródeł światła EUV dużej mocy mają kluczowe znaczenie dla dalszego zastosowania i rozwoju litografii EUV. Tang Chuanxiang powiedział: „Oczekuje się, że źródła światła EUV oparte na technologii SSMB osiągną dużą średnią moc i będą miały potencjał rozszerzenia się na krótsze długości fal, co zapewni nowe rozwiązanie dla przełomowych rozwiązań w dziedzinie źródeł światła EUV dużej mocy”.

Niezależne badania i rozwój maszyn litograficznych EUV wciąż mają długą drogę przed sobą. Oczekuje się, że źródła światła EUV oparte na technologii SSMB rozwiążą podstawowy problem „zablokowanej szyi” w niezależnych badaniach i rozwoju maszyn litograficznych. Wymaga to ciągłych badań technologicznych nad źródłami światła EUV SSMB oraz współpracy w łańcuchach dostaw i odbiorczych przemysłu, aby osiągnąć rzeczywisty sukces.

To właściwy czas, aby zająć się kluczowymi problemamiZaprezentuj schemat współpracy międzynarodowej

Zespół SSMB z Tsinghua rozpoczął analizę teoretyczną i symulację numeryczną eksperymentu weryfikacji zasad SSMB w kwietniu 2017 roku. 21 lipca tego roku Tang Chuanxiang i Zhao Wu zorganizowali pierwsze spotkanie kooperacyjne SSMB w Tsinghua i przejęli inicjatywę utworzenia międzynarodowej grupy badawczej SSMB. Połączyli siły z naukowcami z Chin, Niemiec, Stanów Zjednoczonych i innych krajów, aby rozpocząć promowanie różnych badań, w tym eksperymentów weryfikacji zasad SSMB. Po czterech latach badań zespół badawczy SSMB poczynił szereg istotnych postępów, a jego wyniki są wiodące na świecie.

„SSMB wykorzystuje lasery do ogniskowania elektronów. W porównaniu z mikrofalami powszechnie stosowanymi w źródłach promieniowania synchrotronowego, długość fali układu ogniskującego jest skrócona o 5 do 6 rzędów wielkości. Dlatego, aby zweryfikować zasadę działania SSMB, akcelerator musi charakteryzować się bardzo wysoką dokładnością kontroli zmiany położenia podłużnego (fazy) elektronów z okręgu na okręg oraz M w PTB w Niemczech. Pierścień akumulacyjny LS jest pod tym względem najbliższy potrzebom eksperymentalnym SSMB. Po wstępnym kontakcie i komunikacji między wykładowcami, dwie niemieckie instytucje, HZB i PTB, aktywnie dołączyły do ​​zespołu badawczego i prowadziły z nami wspólne badania” – powiedział Deng Xiujie, doktorant z 2015 roku na Wydziale Inżynierii i Fizyki Uniwersytetu Tsinghua, który brał udział w całym eksperymencie w Niemczech.

Od 2017 roku członkowie zespołu Tsinghua osiem razy podróżowali do Berlina, aby uczestniczyć we wszystkich etapach eksperymentu, od przygotowań po uruchomienie. Po długim okresie ciężkiej pracy eksperyment zakończył się sukcesem 31 sierpnia 2019 roku. Deng Xiujie powiedział: „SSMB wiąże się z wieloma efektami fizycznymi, a eksperymenty są trudne. Zespół podjął wiele nieudanych prób i stale pogłębiał swoją wiedzę na temat problemów fizycznych i rzeczywistego działania akceleratora, aż w końcu rozwiązywał problemy jeden po drugim. Gdy nie było możliwości przeprowadzenia eksperymentów na miejscu, nie przestawaliśmy pracować i przeprowadzaliśmy analizy teoretyczne na podstawie zebranych wcześniej danych eksperymentalnych, organizowaliśmy regularne spotkania robocze oraz prowadziliśmy dyskusje mailowe lub online. Ponadto zespół eksperymentalny SSMB to zespół międzynarodowej współpracy. Od początkowego etapu, przez stopniowe zapoznawanie się i zrozumienie, aż po stopniowe doskonalenie, cały zespół był zgodny, że rzeczywiście osiągnęliśmy cel '1+1>>2' i wszyscy są pełni wiary w dalszą współpracę w przyszłości”.

Rozwiąż problem „zablokowanej szyi”Uniwersytet Tsinghua dzielnie dźwiga ciężką odpowiedzialność

„Uniwersytety mojego kraju muszą odważnie wziąć na siebie ciężar odpowiedzialności i uwolnić potencjał badań podstawowych oraz innowacji naukowych i technologicznych na uniwersytetach”. 22 września 2020 r. Sekretarz Generalny Xi Jinping podczas sympozjum ekspertów z dziedziny edukacji, kultury, zdrowia i sportu pokładał duże nadzieje w uniwersytetach, które mają wzmocnić innowacyjność i przełamać bariery w rozwoju kluczowych technologii.

Uniwersytet Tsinghua dziedziczy i kontynuuje tradycję badań naukowych Tsinghua, polegającą na „trzymaniu nieba, staniu na ziemi i wspieraniu ludzi”, a także wzmacnia poczucie odpowiedzialności, misji i pilnej potrzeby służenia niezależności kraju w nauce i technologii. Należy pogłębić reformę systemów i mechanizmów badań naukowych oraz wprowadzić innowacje w modelach organizacyjnych badań naukowych. Należy wzmocnić badania podstawowe „od zera do jednego” i przyspieszyć badania nad kluczowymi technologiami, zwłaszcza nad problemami „zablokowanego karku”.

Dąż do osiągnięcia awangardy światowej nauki i technologii i przepisuj odpowiednie leki. Tym razem grupa badawcza Tang Chuanxiang z Wydziału Fizyki Inżynieryjnej Uniwersytetu Tsinghua oraz zespół ds. współpracy międzynarodowej poczyniły znaczne postępy w obszarze „Steady State Micro-bunching” (SSMB), kluczowym obszarze, który ma rozwiązać kluczowe problemy i musi rozwiązać problemy związane z „zablokowaną szyją”. Kontynuują zwiększanie intensywności badań i innowacji w kluczowych technologiach w przyszłościowych i strategicznych dziedzinach, dążą do wzmocnienia niezależnych możliwości innowacyjnych i służą krajowej strategii rozwoju opartej na innowacjach.

Obecnie Uniwersytet Tsinghua aktywnie wspiera i promuje projekt dotyczący źródła światła SSMB EUV na poziomie krajowym. Grupa badawcza Tsinghua SSMB złożyła wniosek projektowy dotyczący „Stacjonarnego urządzenia badawczego do badania ekstremalnego ultrafioletu z mikropęczkami” do Narodowej Komisji Rozwoju i Reform, ubiegając się o utworzenie znaczącej krajowej infrastruktury naukowo-technicznej w ramach „14. Planu Pięcioletniego”.

Profesor Tang Chuanxiang z Wydziału Inżynierii i Inżynierii Uniwersytetu Tsinghua oraz dr Jörg Feikes z HZB są autorami korespondencyjnymi niniejszego artykułu, a Deng Xiujie, doktorant z 2015 roku na Wydziale Inżynierii i Inżynierii Uniwersytetu Tsinghua, jest pierwszym autorem. Badania te zostały sfinansowane w ramach niezależnego projektu badawczego Uniwersytetu Tsinghua.