Mạng tin tức Thanh Hoa2mặt trăng25Nhật Bản Tin tức(phóng viên)Văn Hành VũVào ngày 25 tháng 2, nhóm nghiên cứu của Tang Chuanxiang, giáo sư tại Khoa Vật lý Kỹ thuật thuộc Đại học Thanh Hoa, cùng với nhóm cộng tác từ Trung tâm Helmholtz về Vật liệu và Năng lượng Berlin (HZB) và Viện Vật lý và Công nghệ Liên bang Đức (PTB) đã công bố một bài báo trên tạp chí Nature (Thiên nhiên(Tác giả) đã công bố một bài báo nghiên cứu có tiêu đề "Thử nghiệm chứng minh cơ chế tạo cụm vi mô ổn định", báo cáo về thí nghiệm xác minh nguyên lý đầu tiên của một loại nguồn sáng gia tốc hạt mới "Tạo cụm vi mô ổn định (SSMB)".

Dựa trên nguyên lý SSMB, có thể thu được bức xạ kết hợp công suất cao, tần số lặp lại cao, băng thông hẹp, và bước sóng có thể bao phủ từ dải terahertz đến cực tím (EUV), điều này được kỳ vọng sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho nghiên cứu khoa học về photon. Người đánh giá của tạp chí "Nature" đã đánh giá cao nghiên cứu này, cho rằng nó "thể hiện một phương pháp luận mới" và "chắc chắn sẽ thu hút sự quan tâm trong lĩnh vực máy gia tốc hạt và bức xạ synchrotron". Một bài báo đánh giá liên quan trên "Nature" viết: "Thí nghiệm này chứng minh cách kết hợp các đặc điểm của hai loại nguồn sáng gia tốc chính hiện có - nguồn sáng bức xạ synchrotron và laser điện tử tự do. Nguồn sáng SSMB dự kiến ​​sẽ được sử dụng trong các lĩnh vực như quang khắc EUV và quang phổ điện tử quang phân giải góc trong tương lai." Ngay sau khi bài báo được công bố, nó đã lập tức thu hút sự chú ý lớn từ giới học thuật và công nghiệp trong và ngoài nước.

Hình 1. Sơ đồ thí nghiệm kiểm chứng nguyên lý SSMB (Nguồn ảnh: "Nature")

Hình 2. Kết quả thí nghiệm xác minh nguyên lý SSMB (Nguồn ảnh: "Nature")

Trong thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã sử dụng tia laser có bước sóng 1064 nanomet để điều khiển chùm electron trong vòng lưu trữ MLS ở Berlin, sao cho chùm electron tạo thành một vòng tròn hoàn chỉnh (chu vi 48 mét) để hình thành cấu trúc vi mô mịn, tức là vi chùm. Vi chùm phát ra ánh sáng kết hợp cường độ cao, băng thông hẹp ở bước sóng laser và các sóng hài bậc cao hơn của nó. Thí nghiệm đã xác minh sự hình thành vi chùm bằng cách phát hiện bức xạ này. Sự hình thành vi chùm chứng minh rằng pha quang học của các electron có thể được tương quan từng vòng với độ chính xác ngắn hơn bước sóng laser, do đó các electron có thể được liên kết ổn định trong giếng thế năng quang học được tạo ra bởi laser, xác minh cơ chế hoạt động của SSMB. Sơ đồ thí nghiệm được thể hiện trong Hình 1, và một số kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Hình 2.

Khái niệm SSMB được đề xuất vào năm 2010 bởi Zhao Wu, giáo sư tại Đại học Stanford và giáo sư thỉnh giảng danh dự tại Đại học Thanh Hoa, cùng với nghiên cứu sinh tiến sĩ của ông, Daniel Ratner. Zhao Wu tiếp tục thúc đẩy nghiên cứu và hợp tác quốc tế tại SSMB. Năm 2017, Tang Chuanxiang và Zhao Wu đã khởi xướng thí nghiệm. Nhóm nghiên cứu của Tang Chuanxiang đã dẫn đầu việc hoàn thành phân tích lý thuyết và thiết kế vật lý của thí nghiệm, phát triển hệ thống laser cho thí nghiệm thử nghiệm, tiến hành thí nghiệm với các đơn vị hợp tác, và hoàn thành phân tích dữ liệu thí nghiệm cũng như viết bài báo.

Dự kiến ​​sẽ đượcTôi VNguồn sáng dùng trong kỹ thuật in thạch bản mở ra con đường công nghệ mới.thu hút sự chú ý từ cộng đồng quốc tế

"Một trong những ứng dụng tiềm năng của nguồn sáng SSMB là làm nguồn sáng cho các máy in thạch bản EUV trong tương lai. Đây là lý do quan trọng khiến cộng đồng quốc tế đặc biệt quan tâm đến nghiên cứu SSMB của Đại học Thanh Hoa", Tang Chuanxiang nói với các phóng viên.

Trong chuỗi công nghiệp sản xuất chip, máy quang khắc là thiết bị chính xác không thể thiếu và là bước xử lý phức tạp và quan trọng nhất trong sản xuất chip mạch tích hợp. Độ phân giải phơi sáng của máy quang khắc liên quan trực tiếp đến bước sóng. Trong hơn nửa thế kỷ, bước sóng của nguồn sáng của máy quang khắc đã liên tục thu nhỏ. Thế hệ công nghệ quang khắc chủ đạo mới được ngành công nghiệp chip công nhận là quang khắc EUV (nguồn sáng cực tím) với bước sóng 13.5 nanomet. Hoạt động của máy quang khắc EUV tương đương với việc sử dụng ánh sáng cực tím có bước sóng chỉ bằng một phần mười nghìn đường kính của sợi tóc để "khắc" mạch trên tấm wafer. Cuối cùng, một con chip có kích thước bằng móng tay sẽ chứa hàng chục tỷ bóng bán dẫn. Thiết bị và công nghệ này thể hiện trình độ phát triển công nghệ đỉnh cao của con người. Công ty ASML của Hà Lan hiện là nhà cung cấp duy nhất máy quang khắc EUV trên thế giới, với mỗi máy quang khắc EUV được bán với giá hơn 100 triệu đô la Mỹ.

Nguồn sáng EUV công suất cao là nền tảng cốt lõi của máy in thạch bản EUV. Hiện tại, ASML sử dụng laser xung năng lượng cao để bắn phá mục tiêu thiếc lỏng tạo thành plasma, sau đó tạo ra nguồn sáng EUV có bước sóng 13.5 nanomet và công suất khoảng 250 watt. Khi kích thước chip tiếp tục thu nhỏ, yêu cầu về công suất nguồn sáng EUV dự kiến ​​sẽ tiếp tục tăng, đạt đến mức kilowatt.

"Tóm lại, ánh sáng EUV cần thiết cho máy in thạch bản đòi hỏi bước sóng ngắn và công suất cao", Tang Chuanxiang cho biết. Những đột phá trong nguồn sáng EUV công suất cao là rất quan trọng đối với việc ứng dụng và phát triển hơn nữa công nghệ in thạch bản EUV. Tang Chuanxiang nói thêm: "Các nguồn sáng EUV dựa trên SSMB được kỳ vọng sẽ đạt được công suất trung bình lớn và có tiềm năng mở rộng sang các bước sóng ngắn hơn, cung cấp một giải pháp mới cho những đột phá trong nguồn sáng EUV công suất cao."

Việc nghiên cứu và phát triển độc lập các máy in thạch bản EUV vẫn còn một chặng đường dài phía trước. Các nguồn sáng EUV dựa trên SSMB được kỳ vọng sẽ giải quyết được vấn đề "bế tắc" cốt lõi trong nghiên cứu và phát triển độc lập các máy in thạch bản. Điều này đòi hỏi nghiên cứu công nghệ liên tục về các nguồn sáng EUV SSMB và sự hợp tác của các chuỗi công nghiệp thượng nguồn và hạ nguồn để đạt được thành công thực sự.

Đây là thời điểm thích hợp để giải quyết các vấn đề then chốt.Thể hiện mô hình hợp tác quốc tế

Nhóm nghiên cứu SSMB của Đại học Thanh Hoa đã bắt đầu phân tích lý thuyết và mô phỏng số thí nghiệm kiểm chứng nguyên lý SSMB vào tháng 4 năm 2017. Ngày 21 tháng 7 cùng năm, Tang Chuanxiang và Zhao Wu đã tổ chức cuộc họp hợp tác SSMB đầu tiên tại Thanh Hoa và đi tiên phong trong việc thành lập nhóm nghiên cứu SSMB quốc tế. Họ đã hợp tác với các nhà nghiên cứu khoa học từ Trung Quốc, Đức, Hoa Kỳ và các quốc gia khác để bắt đầu thúc đẩy nhiều nghiên cứu khác nhau, bao gồm cả các thí nghiệm kiểm chứng nguyên lý SSMB. Sau bốn năm nghiên cứu, nhóm nghiên cứu SSMB đã đạt được một số tiến bộ quan trọng, với những kết quả dẫn đầu thế giới.

"SSMB sử dụng laser để tập trung các electron. So với sóng vi ba thường được sử dụng trong các nguồn bức xạ synchrotron, bước sóng của hệ thống tập trung được rút ngắn từ 5 đến 6 bậc độ lớn. Do đó, để kiểm chứng nguyên lý của SSMB, cần có một máy gia tốc có độ chính xác điều khiển rất cao đối với sự thay đổi vị trí dọc (pha) của các electron từ vòng này sang vòng khác, và vòng lưu trữ LS M của PTB ở Đức là gần nhất với nhu cầu thí nghiệm của SSMB về khía cạnh này. Sau khi liên hệ và trao đổi sơ bộ giữa các giáo sư, hai viện nghiên cứu ở Đức, HZB và PTB, đã tích cực tham gia nhóm nghiên cứu và tiến hành nghiên cứu hợp tác với chúng tôi", Deng Xiujie, nghiên cứu sinh tiến sĩ năm 2015 tại Khoa Kỹ thuật và Vật lý, Đại học Thanh Hoa, người tham gia toàn bộ thí nghiệm ở Đức, cho biết.

Từ năm 2017, các thành viên nhóm nghiên cứu của Đại học Thanh Hoa đã đến Berlin tám lần để tham gia vào tất cả các khía cạnh của thí nghiệm, từ khâu chuẩn bị đến vận hành. Sau một thời gian dài làm việc vất vả, thí nghiệm đã thành công vào ngày 31 tháng 8 năm 2019. Đặng Túy Tử cho biết: "Thí nghiệm SSMB liên quan đến nhiều hiệu ứng vật lý và rất khó khăn. Nhóm đã trải qua nhiều lần thất bại và tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các vấn đề vật lý và hoạt động thực tế của máy gia tốc trong suốt quá trình thí nghiệm cho đến khi cuối cùng giải quyết được từng vấn đề một. Khi không thể tiến hành thí nghiệm tại chỗ, chúng tôi không ngừng làm việc mà tiến hành phân tích lý thuyết trên dữ liệu thí nghiệm đã thu thập trước đó, tổ chức các cuộc họp thường xuyên và thảo luận qua email hoặc trực tuyến." "Ngoài ra, nhóm thí nghiệm SSMB là một nhóm hợp tác quốc tế. Từ giai đoạn chạy thử ban đầu đến sự làm quen và hiểu biết dần dần, đến sự cải tiến liên tục, toàn nhóm đều nhất trí rằng chúng tôi đã thực sự đạt được '1+1>>2', và mọi người đều tràn đầy tự tin về sự hợp tác hơn nữa trong tương lai."

Giải quyết vấn đề "cổ bị kẹt"Đại học Thanh Hoa dũng cảm gánh vác trách nhiệm nặng nề.

“Các trường đại học trong nước phải dũng cảm gánh vác những trách nhiệm nặng nề và phát huy tiềm năng nghiên cứu cơ bản cũng như đổi mới khoa học và công nghệ trong các trường đại học.” Ngày 22 tháng 9 năm 2020, Tổng Bí thư Tập Cận Bình đã đặt nhiều kỳ vọng vào các trường đại học trong việc tăng cường đổi mới và đột phá các công nghệ cốt lõi quan trọng tại một hội thảo với sự tham gia của các chuyên gia đại diện trong lĩnh vực giáo dục, văn hóa, y tế và thể thao.

Đại học Thanh Hoa kế thừa và phát huy truyền thống nghiên cứu khoa học của Thanh Hoa là "nắm bắt bầu trời, đứng vững trên mặt đất, và đào tạo con người", đồng thời nâng cao tinh thần trách nhiệm, sứ mệnh và tính cấp thiết để phục vụ sự tự chủ về khoa học và công nghệ của đất nước. Đẩy mạnh cải cách hệ thống và cơ chế nghiên cứu khoa học, và đổi mới mô hình tổ chức nghiên cứu khoa học. Tăng cường nghiên cứu cơ bản "từ con số 0 đến số 1" và đẩy nhanh nghiên cứu các công nghệ cốt lõi trọng điểm, đặc biệt là các vấn đề "bế tắc".

Hướng đến vị trí tiên phong trong khoa học và công nghệ thế giới và đưa ra giải pháp đúng đắn. Lần này, nhóm nghiên cứu của Tang Chuanxiang thuộc Khoa Vật lý Kỹ thuật, Đại học Thanh Hoa và nhóm hợp tác quốc tế đã nỗ lực rất lớn trong lĩnh vực "Tập trung vi mô trạng thái ổn định" (SSMB), một lĩnh vực trọng điểm được kỳ vọng sẽ giải quyết các vấn đề "bế tắc" trong các lĩnh vực then chốt. Họ tiếp tục tăng cường nghiên cứu và đổi mới công nghệ cốt lõi trong các lĩnh vực chiến lược và hướng tới tương lai, nỗ lực nâng cao năng lực đổi mới độc lập và phục vụ chiến lược phát triển quốc gia dựa trên đổi mới sáng tạo.

Hiện nay, Đại học Thanh Hoa đang tích cực hỗ trợ và thúc đẩy việc thành lập dự án nguồn sáng EUV SSMB ở cấp quốc gia. Nhóm nghiên cứu SSMB của Thanh Hoa đã đệ trình đề án dự án "Thiết bị nghiên cứu nguồn sáng cực tím vi cụm ổn định" lên Ủy ban Phát triển và Cải cách Quốc gia, xin được công nhận là cơ sở hạ tầng khoa học và công nghệ trọng điểm quốc gia trong "Kế hoạch 5 năm lần thứ 14".

Giáo sư Tang Chuanxiang từ Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, Đại học Thanh Hoa và Tiến sĩ Jörg Feikes từ HZB là các tác giả chính của bài báo này, còn Deng Xiujie, nghiên cứu sinh tiến sĩ năm 2015 tại Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, Đại học Thanh Hoa, là tác giả đầu tiên. Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi dự án nghiên cứu khoa học độc lập của Đại học Thanh Hoa.