电子伏特的应用 10亿电子伏特！全球最强大的激波激光加速器来了

10亿电子伏特！全球最强大的激波激光加速器来了

一、概况

加速器首次发明于1930年代，旨在为研究原子核组成提供高能粒子，根据欧洲核子研究中心（CERN）的说法。如今，科学家们将目光投向纳米技术，以推动技术的发展。近期，一支科学家团队研发了一台紧凑型粒子加速器，命名为先进激波激光加速器，长度不到20米。根据德克萨斯大学奥斯汀分校的一份声明，该加速器产生了一束10亿电子伏特（10 GeV）的电子束。与传统的需要数千米空间的加速器相比，这个加速器在一个10厘米的腔室内运行，体积显著缩小。

科学家们的目标是利用这项技术评估太空电子设备对辐射的抵抗力，捕捉新兴半导体芯片设计的3D内部结构，并有望开创新的癌症治疗和先进的医学成像方法。

二、核心技术

这台先进的激波激光加速器能够在更小的空间内达到10亿电子伏特的能量，使其在各种应用中更为灵活。研究团队利用德克萨斯州立大学拥有的全球最强大的脉冲激光——德克萨斯皮塔瓦特激光进行实验。这种激光每小时发射一次超强光脉冲，每个脉冲包含大约相当于美国电力装机容量的1000倍的电能，持续时间仅为150飞秒，远远短于闪电放电的十亿分之一。

研究人员目前正在努力创建一种由台式激光驱动的系统，能够每秒进行多次射击。这极大地提高了整个加速器的紧凑性，并相对于传统加速器扩大了其适用范围。

“就像一艘船划过湖面，留下一道尾迹，电子就像冲浪者一样乘坐这个等离子波”，大学这样描述道。

研究人员利用纳米颗粒释放电子，使它们在波浪中等待的恰当时刻释放，从而在波浪中获取更多的电子，而不是将其统计分布在整个相互作用过程中，这就是他们的"秘密武器"。

这项研究是德克萨斯大学奥斯汀分校、多个国家实验室、欧洲大学以及德克萨斯公司TAU Systems Inc.的科学家和研究人员团队之间的合作。

三、展望

这一创新的激光加速器技术将为多个领域带来重大影响。首先，通过在更小的空间内产生更高能量的电子束，科学家们可以评估太空电子设备对辐射的更高抵抗力。这对于太空探索和通信设备的发展具有重要意义。

其次，这项技术将有助于捕捉新兴半导体芯片设计的3D内部结构。这对于半导体工业而言是一项重要的进步，有望推动新一代芯片的研发和制造。

此外，先进的激波激光加速器有望在医学成像和治疗方面取得创新突破。通过精确控制电子束，可以提高医学成像的分辨率，同时在癌症治疗中也可能开辟新的途径。

最后，该加速器还可以用于驱动X射线自由电子激光器，从而在原子或分子尺度上拍摄过程的慢动作视频。这将有助于研究药物与细胞之间的相互作用、电池内部的变化、太阳能电池中的化学反应等。

总体而言，这一创新的激光加速器技术为科学家们提供了一个强大的工具，将推动科学研究和技术应用迈向新的高度。随着技术的不断发展和应用的拓展，相信这一领域将迎来更多令人振奋的发现和应用。

416电子伏特！新型硅带隙创下世界纪录，有助量子计算研究

来源：科技日报

科技日报记者 刘霞

美国东北大学科学家主导的国际科研团队发现了一种新形式的高密度硅，并开发出一种新型可扩展的无催化剂蚀刻技术，能将这种硅制成直径为2—5纳米的超窄硅纳米线。这一成果发表于最新一期《自然·通讯》杂志，有望给半导体行业带来革命性变化，还有望应用于量子计算等领域。

十年前，东北大学研究人员在实验中发现了拥有“非常非常微小”线状纳米结构的硅。此后的计算机建模显示，这种材料拥有高压缩结构，尺寸比普通硅小10%—20%，而普通硅在这种压缩状态下通常不稳定。研究表明，新型硅顶部有很薄一层氧化物，这可能有助于让其维持压缩状态。

传统硅的带隙（决定半导体材料内的电子在受到外源刺激时导电所需的能量）为1.11电子伏特，但新型硅的带隙为4.16电子伏特，创下世界纪录。超宽带隙意味着这种材料需要更大刺激才能导电，但也表明其可在高功率、高温和高频下工作，因此用这种新材料生产的硅纳米线将适用于电子、晶体管、二极管和LED器件等领域。

研究团队还发明了一种生产硅纳米线的新方法——无需催化剂的化学气相蚀刻，可制造出仅为目前商用硅纳米线1/20到1/10的纳米线。

研究人员表示，这种新型硅对半导体行业很有吸引力，可用于无线电、雷达和太阳能电池等光伏领域。新型硅纳米线还可改善锂离子电池的性能，拓展其应用领域。由于新型硅纳米线的尺寸非常小，因此可在其中操纵各种有趣的量子现象，用于量子计算领域处理量子信息。

研究团队下一步计划更好地理解这一过程背后的所有化学原理，并弄清为什么这种形式的压缩硅如此稳定，也希望优化蚀刻工艺，使纳米线表面更光滑，以进一步扩大其规模用于工业生产。

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