เครือข่ายข่าวชิงหัว2ดวงจันทร์25ข่าวญี่ปุ่น(ผู้สื่อข่าว)เวินซิงหยูเมื่อวันที่ 25 กุมภาพันธ์ กลุ่มวิจัยของ Tang Chuanxiang ศาสตราจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมฟิสิกส์ มหาวิทยาลัย Tsinghua และทีมงานร่วมมือจาก Helmholtz Center for Materials and Energy Berlin (HZB) และสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐเยอรมนี (PTB) ได้ตีพิมพ์บทความในวารสาร Nature (ธรรมชาติ(ชื่อผู้เขียน) ได้ตีพิมพ์บทความวิจัยเรื่อง "การสาธิตเชิงทดลองของกลไกการรวมกลุ่มไมโครแบบสภาวะคงที่" โดยรายงานการทดลองตรวจสอบหลักการครั้งแรกของแหล่งกำเนิดแสงเร่งอนุภาคชนิดใหม่ "การรวมกลุ่มไมโครแบบสภาวะคงที่ (SSMB)"

จากหลักการของ SSMB สามารถสร้างรังสีโคherent ที่มีกำลังสูง ความถี่ในการทำซ้ำสูง และแบนด์วิดท์แคบได้ โดยความยาวคลื่นครอบคลุมตั้งแต่เทราเฮิร์ตซ์ไปจนถึงรังสีอัลตราไวโอเลตแบบสุดขั้ว (EUV) ซึ่งคาดว่าจะเปิดโอกาสใหม่ๆ มากมายสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโฟตอน ผู้ตรวจสอบจาก "Nature" ได้ยกย่องงานวิจัยนี้อย่างมาก โดยกล่าวว่า "แสดงให้เห็นถึงวิธีการใหม่" และ "จะกระตุ้นความสนใจในสาขาเครื่องเร่งอนุภาคและรังสีซินโครตรอนอย่างแน่นอน" บทความวิจารณ์ที่เกี่ยวข้องใน "Nature" เขียนว่า "การทดลองนี้แสดงให้เห็นถึงวิธีการรวมคุณลักษณะของแหล่งกำเนิดแสงเร่งอนุภาคที่มีอยู่สองประเภทหลัก ได้แก่ แหล่งกำเนิดแสงรังสีซินโครตรอนและเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ แหล่งกำเนิดแสง SSMB คาดว่าจะนำไปใช้ในสาขาต่างๆ เช่น การพิมพ์หิน EUV และสเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนแบบแยกมุมในอนาคต" ทันทีที่บทความได้รับการตีพิมพ์ ก็ได้รับความสนใจอย่างมากจากแวดวงวิชาการและอุตสาหกรรมทั้งในและต่างประเทศ

รูปที่ 1 แผนภาพแสดงขั้นตอนการทดลองตรวจสอบหลักการ SSMB (ที่มาของภาพ: "Nature")

รูปที่ 2 ผลการทดลองยืนยันหลักการ SSMB (ที่มาของภาพ: "Nature")

ในการทดลอง ทีมวิจัยใช้เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตร ควบคุมลำอิเล็กตรอนในวงแหวนเก็บประจุ MLS ในกรุงเบอร์ลิน เพื่อให้ลำอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงกลม (เส้นรอบวง 48 เมตร) ก่อให้เกิดโครงสร้างจุลภาคละเอียด หรือที่เรียกว่า ไมโครบันช์ การเกิดไมโครบันช์จะแผ่รังสีแสงที่มีความเข้มสูงและแถบความถี่แคบที่ความยาวคลื่นของเลเซอร์และฮาร์โมนิกที่สูงกว่า การทดลองได้ตรวจสอบการเกิดไมโครบันช์โดยการตรวจจับรังสีนี้ การเกิดไมโครบันช์พิสูจน์ได้ว่าเฟสทางแสงของอิเล็กตรอนสามารถสัมพันธ์กันได้แบบวงกลมต่อวงกลมด้วยความแม่นยำที่สั้นกว่าความยาวคลื่นของเลเซอร์ ทำให้สามารถยึดอิเล็กตรอนไว้ได้อย่างเสถียรในบ่อศักย์แสงที่เกิดจากเลเซอร์ ซึ่งเป็นการตรวจสอบกลไกการทำงานของ SSMB แผนภาพการทดลองแสดงในรูปที่ 1 และผลการทดลองบางส่วนแสดงในรูปที่ 2

แนวคิด SSMB ถูกเสนอขึ้นในปี 2010 โดย Zhao Wu ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด และศาสตราจารย์รับเชิญผู้ทรงคุณวุฒิแห่งมหาวิทยาลัยชิงหัว ร่วมกับ Daniel Ratner นักศึกษาปริญญาเอกของเขา Zhao Wu ยังคงส่งเสริมการวิจัยและความร่วมมือระหว่างประเทศในโครงการ SSMB อย่างต่อเนื่อง ในปี 2017 Tang Chuanxiang และ Zhao Wu ได้ริเริ่มการทดลอง กลุ่มวิจัยของ Tang Chuanxiang เป็นผู้นำในการวิเคราะห์ทางทฤษฎีและการออกแบบทางกายภาพของการทดลอง พัฒนาระบบเลเซอร์สำหรับการทดลอง ดำเนินการทดลองร่วมกับหน่วยงานที่ร่วมมือ และทำการวิเคราะห์ข้อมูลการทดลองและเขียนบทความ

คาดว่าจะเป็นอียูวีแหล่งกำเนิดแสงสำหรับการพิมพ์หินเปิดเส้นทางเทคโนโลยีใหม่ดึงดูดความสนใจจากประชาคมระหว่างประเทศ

"หนึ่งในแอปพลิเคชันที่เป็นไปได้ของแหล่งกำเนิดแสง SSMB คือการใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับเครื่องพิมพ์ลิโทกราฟี EUV ในอนาคต นี่เป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้ประชาคมระหว่างประเทศให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดต่องานวิจัย SSMB ของมหาวิทยาลัยชิงหัว" ถัง ชวนเซียง กล่าวกับผู้สื่อข่าว

ในห่วงโซ่อุตสาหกรรมการผลิตชิป เครื่องพิมพ์ภาพด้วยแสง (Photolithography) เป็นอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูงที่ขาดไม่ได้ และเป็นขั้นตอนที่ซับซ้อนและสำคัญที่สุดในการผลิตชิปวงจรรวม ความละเอียดในการฉายแสงของเครื่องพิมพ์ภาพมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความยาวคลื่น กว่าครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา ความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงในเครื่องพิมพ์ภาพลดลงอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีการพิมพ์ภาพรุ่นใหม่ที่ได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรมชิปคือ เครื่องพิมพ์ภาพ EUV (แหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตแบบเข้มข้น) ที่มีความยาวคลื่น 13.5 นาโนเมตร การทำงานของเครื่องพิมพ์ภาพ EUV เทียบเท่ากับการใช้แสงอัลตราไวโอเลตแบบเข้มข้นที่มีความยาวคลื่นเพียงหนึ่งในหมื่นของเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมเพื่อ "แกะสลัก" วงจรบนแผ่นเวเฟอร์ ในที่สุด ชิปขนาดเท่าเล็บมือจะประกอบด้วยทรานซิสเตอร์หลายหมื่นล้านตัว อุปกรณ์และเทคโนโลยีนี้แสดงให้เห็นถึงระดับสูงสุดของการพัฒนาเทคโนโลยีของมนุษย์ ปัจจุบัน บริษัท ASML ของเนเธอร์แลนด์เป็นผู้จัดจำหน่ายเครื่องพิมพ์ภาพ EUV เพียงรายเดียวในโลก โดยแต่ละเครื่องพิมพ์ภาพ EUV มีราคามากกว่า 100 ล้านดอลลาร์สหรัฐ

แหล่งกำเนิดแสง EUV กำลังสูงเป็นหัวใจสำคัญของเครื่องพิมพ์ลิโทกราฟี EUV ปัจจุบัน ASML ใช้เลเซอร์พัลส์พลังงานสูงยิงใส่เป้าหมายดีบุกเหลวเพื่อสร้างพลาสมา จากนั้นจึงสร้างแหล่งกำเนิดแสง EUV ที่มีความยาวคลื่น 13.5 นาโนเมตร และกำลังประมาณ 250 วัตต์ เนื่องจากขนาดของกระบวนการผลิตชิปเล็กลงเรื่อยๆ ความต้องการกำลังของแหล่งกำเนิดแสง EUV จึงคาดว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จนถึงระดับกิโลวัตต์

“โดยสรุปแล้ว แสง EUV ที่จำเป็นสำหรับเครื่องพิมพ์ลิโทกราฟีต้องมีความยาวคลื่นสั้นและกำลังสูง” ถัง ชวนเซียง กล่าว การพัฒนาแหล่งกำเนิดแสง EUV กำลังสูงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประยุกต์ใช้และการพัฒนาลิโทกราฟี EUV ต่อไป ถัง ชวนเซียง กล่าวเพิ่มเติมว่า “คาดว่าแหล่งกำเนิดแสง EUV ที่ใช้ SSMB จะมีกำลังเฉลี่ยสูงและมีศักยภาพที่จะขยายไปสู่ความยาวคลื่นที่สั้นลง ซึ่งจะเป็นทางออกใหม่สำหรับการพัฒนาแหล่งกำเนิดแสง EUV กำลังสูง”

การวิจัยและพัฒนาเครื่องพิมพ์ลิโทกราฟี EUV โดยอิสระยังคงต้องพัฒนาอีกมาก แหล่งกำเนิดแสง EUV ที่ใช้เทคโนโลยี SSMB คาดว่าจะช่วยแก้ปัญหา "คอคอด" ที่สำคัญในการวิจัยและพัฒนาเครื่องพิมพ์ลิโทกราฟีโดยอิสระได้ ซึ่งต้องอาศัยการวิจัยทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดแสง EUV แบบ SSMB และความร่วมมือจากห่วงโซ่อุตสาหกรรมต้นน้ำและปลายน้ำเพื่อให้ประสบความสำเร็จอย่างแท้จริง

นี่คือช่วงเวลาที่เหมาะสมในการแก้ไขปัญหาสำคัญๆแสดงให้เห็นถึงรูปแบบของความร่วมมือระหว่างประเทศ

ทีมวิจัย SSMB ของมหาวิทยาลัยชิงหัวเริ่มต้นการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีและการจำลองเชิงตัวเลขของการทดลองตรวจสอบหลักการ SSMB ในเดือนเมษายน 2017 เมื่อวันที่ 21 กรกฎาคมปีเดียวกันนั้น ถัง ชวนเซียง และจ้าว อู๋ ได้จัดการประชุมความร่วมมือ SSMB ครั้งแรกในมหาวิทยาลัยชิงหัว และเป็นผู้นำในการจัดตั้งกลุ่มวิจัย SSMB ระหว่างประเทศ พวกเขาร่วมมือกับนักวิจัยจากจีน เยอรมนี สหรัฐอเมริกา และประเทศอื่นๆ เพื่อเริ่มต้นส่งเสริมการศึกษาต่างๆ รวมถึงการทดลองตรวจสอบหลักการ SSMB หลังจากสี่ปีของการวิจัย ทีมวิจัย SSMB ได้สร้างความก้าวหน้าสำคัญหลายประการ โดยผลลัพธ์ที่ได้นั้นเป็นผู้นำของโลก

“SSMB ใช้เลเซอร์ในการโฟกัสอิเล็กตรอน เมื่อเทียบกับไมโครเวฟที่ใช้กันทั่วไปในแหล่งกำเนิดรังสีซินโครตรอน ความยาวคลื่นของระบบโฟกัสจะสั้นลงถึง 5-6 เท่า ดังนั้น เพื่อตรวจสอบหลักการของ SSMB จึงจำเป็นต้องใช้เครื่องเร่งอนุภาคที่มีความแม่นยำในการควบคุมสูงมากสำหรับการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งตามแนวยาว (เฟส) ของอิเล็กตรอนจากวงหนึ่งไปยังอีกวงหนึ่ง และวงแหวนเก็บประจุ LS ของ PTB ในเยอรมนีนั้นใกล้เคียงกับความต้องการในการทดลองของ SSMB มากที่สุดในด้านนี้ หลังจากการติดต่อและสื่อสารเบื้องต้นระหว่างอาจารย์แล้ว สถาบันสองแห่งในเยอรมนี คือ HZB และ PTB ได้เข้าร่วมทีมวิจัยและดำเนินการวิจัยร่วมกับเราอย่างแข็งขัน” Deng Xiujie นักศึกษาปริญญาเอกปี 2015 จากภาควิชาวิศวกรรมและฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยชิงหัว ซึ่งมีส่วนร่วมในการทดลองทั้งหมดในเยอรมนีกล่าว

นับตั้งแต่ปี 2017 สมาชิกทีมจากมหาวิทยาลัยชิงหัวได้เดินทางไปเบอร์ลินแปดครั้งเพื่อเข้าร่วมในทุกขั้นตอนของการทดลอง ตั้งแต่การเตรียมการไปจนถึงการดำเนินงาน หลังจากทำงานหนักมาเป็นเวลานาน การทดลองก็ประสบความสำเร็จในวันที่ 31 สิงหาคม 2019 เติ้ง ซิ่วเจี้ย กล่าวว่า “SSMB เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์มากมาย และการทดลองก็ยากลำบาก ทีมงานได้ผ่านความพยายามที่ล้มเหลวหลายครั้ง และได้ศึกษาทำความเข้าใจปัญหาทางฟิสิกส์และการทำงานของเครื่องเร่งอนุภาคอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้นในระหว่างการทดลอง จนกระทั่งในที่สุดก็สามารถแก้ไขปัญหาได้ทีละอย่าง เมื่อไม่สามารถทำการทดลองในสถานที่ได้ เราก็ไม่หยุดทำงาน และจะทำการวิเคราะห์เชิงทฤษฎีเกี่ยวกับข้อมูลการทดลองที่รวบรวมไว้ก่อนหน้านี้ จัดการประชุมทำงานเป็นประจำ และพูดคุยกันทางอีเมลหรือออนไลน์” “นอกจากนี้ ทีมทดลอง SSMB ยังเป็นทีมความร่วมมือระหว่างประเทศ ตั้งแต่การเริ่มต้นที่ไม่ราบรื่นไปจนถึงความคุ้นเคยและความเข้าใจที่ค่อยเป็นค่อยไป และการพัฒนาอย่างค่อยเป็นค่อยไป ทีมงานทั้งหมดเห็นพ้องต้องกันว่าเราได้บรรลุ ‘1+1>>2’ อย่างแท้จริง และทุกคนมีความมั่นใจอย่างเต็มเปี่ยมในการร่วมมือกันต่อไปในอนาคต”

แก้ปัญหา "คอติด"มหาวิทยาลัยชิงหัวแบกรับความรับผิดชอบอันหนักหน่วงนี้อย่างกล้าหาญ

“มหาวิทยาลัยของประเทศข้าพเจ้าต้องแบกรับความรับผิดชอบอันหนักหน่วงอย่างกล้าหาญ และปลดปล่อยศักยภาพของการวิจัยพื้นฐาน นวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในมหาวิทยาลัย” เมื่อวันที่ 22 กันยายน 2020 เลขาธิการใหญ่ สี จิ้นผิง ได้แสดงความหวังอย่างสูงต่อมหาวิทยาลัยในการเสริมสร้างนวัตกรรมและก้าวข้ามขีดจำกัดของเทคโนโลยีหลักที่สำคัญ ในการประชุมสัมมนาของผู้เชี่ยวชาญในสาขาการศึกษา วัฒนธรรม สุขภาพ และกีฬา

มหาวิทยาลัยชิงหัวสืบทอดและสานต่อประเพณีการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของชิงหัวที่ว่า “ยึดมั่นในอุดมการณ์ มุ่งมั่นพัฒนาบุคลากร และเสริมสร้างความรับผิดชอบ ภารกิจ และความเร่งด่วนในการรับใช้การพึ่งพาตนเองด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของประเทศ เร่งปฏิรูปปรับปรุงระบบและกลไกการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และสร้างสรรค์รูปแบบองค์กรการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เสริมสร้างการวิจัยพื้นฐาน “จากศูนย์สู่หนึ่ง” และเร่งการวิจัยเทคโนโลยีหลักที่สำคัญ โดยเฉพาะปัญหา “ติดขัด”

มุ่งสู่แถวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีโลก และกำหนดแนวทางแก้ไขที่ถูกต้อง ในครั้งนี้ กลุ่มวิจัยของถัง ชวนเซียง จากภาควิชาวิศวกรรมฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยชิงหัว และทีมความร่วมมือระหว่างประเทศ ได้ทุ่มเทอย่างมากในด้าน "การรวมกลุ่มไมโครในสภาวะคงที่" (SSMB) ซึ่งเป็นสาขาสำคัญที่คาดว่าจะช่วยแก้ปัญหาสำคัญๆ และแก้ไขปัญหา "คอคอด" ที่จำเป็น พวกเขายังคงเพิ่มความเข้มข้นของการวิจัยและนวัตกรรมเทคโนโลยีหลักในสาขาที่มองไปข้างหน้าและมีกลยุทธ์ มุ่งมั่นที่จะเสริมสร้างขีดความสามารถในการสร้างนวัตกรรมอย่างอิสระ และสนับสนุนยุทธศาสตร์การพัฒนาที่ขับเคลื่อนด้วยนวัตกรรมของประเทศ

ปัจจุบัน มหาวิทยาลัยชิงหัวกำลังให้การสนับสนุนและส่งเสริมโครงการจัดตั้งแหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตแบบไมโครบันชิ่งสภาวะคงที่ (SSMB EUV) ในระดับประเทศอย่างแข็งขัน กลุ่มวิจัย SSMB ของมหาวิทยาลัยชิงหัวได้ยื่นข้อเสนอโครงการ "อุปกรณ์วิจัยแหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตแบบไมโครบันชิ่งสภาวะคงที่" ต่อคณะกรรมการพัฒนาและปฏิรูปแห่งชาติ เพื่อขอรับการสนับสนุนโครงสร้างพื้นฐานด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีระดับชาติที่สำคัญใน "แผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14"

ศาสตราจารย์ถัง ชวนเซียง จากภาควิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยชิงหัว และ ดร. ยอร์ก ไฟเคส จาก HZB เป็นผู้เขียนหลักของบทความนี้ และเติ้ง ซิ่วเจี้ย นักศึกษาปริญญาเอกปี 2015 จากภาควิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยชิงหัว เป็นผู้เขียนคนแรก งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากโครงการวิจัยอิสระของมหาวิทยาลัยชิงหัว