可被用于制造微小粒子加速器的晶体装置

一个芯片大小的装置能产生非常强烈的光，可以帮助建造微型X射线机和粒子加速器

 新科学家    By Karmela Padavic-Callaghan

4 January 2023

PHYSICS 

一个能捕获和引导光材料的光子晶体的描画。J. Joannopoulous/SCIENCE PHOTO LIBRARY

一种微米大小的通过在一块晶体上发射一束电子产生光的装置可被用于制造微小粒子加速器和X射线机。这种芯片大小的装置可以比目前的粒子加速器更快、更便宜、更紧凑被制造。

由香港大学杨毅和麻省理工学院的同事建造的新装置由一块在它之上发射一束电子的改进扫描电子显微镜和一个探测发射光的叫光子晶体的硅构成。这种设置利用随电子移动围绕它们的电磁场能在一个附近材料内制造带电粒子，在这种情况下，光子晶体变得被激发并发射光。

从数学模型，研究人员知道他们可以通过向前者添加一个图案来增强晶体和电子之间的相互作用，因此他们蚀刻进它一个每个约100纳米宽的圆形凹痕网格。光和电子通常不会太多相互作用，但工程的来匹配电子的那个的光的能量和动量允许两者之间不寻常大的相互作用。杨说，这种匹配方法最终可以将光发射提高到一百万倍。

这种光有许多潜在的用途，从其中光帮助科学家了解不同材料的内部结构的光谱学到基于光的通信。

德国埃尔朗根-纽伦堡大学的皮特豪摩尔豪夫说，值得指出的是它能被用来制造微小的粒子加速器。他说，研究人员可以用强光脉冲来加速粒子，而不是像更常见的用微波撞击它们。

英国约克大学的托马斯·克劳斯说新装置可能不仅是迈向微小粒子加速器的一步，也是迈向更小型X光机的一步。X射线本质上是波长太短我们不能看到的光波。通过适应的硅图案和装置中电子的速度，将发射光的波长改变为X射线是可能的。 

他说，当你在医生那里得到一个X光检查时它是一台大野兽机器。现在我们能想象用芯片上的一个小光源来做到它。这可能使小型或偏远医疗机构更容易获得X射线技术，或者是它对事故中的急救人员便携的。

参考期刊: Nature, DOI: 10.1038/s41586-022-05387-5

https://www.newscientist.com/article/2352863-crystal-device-could-be-used-to-build-tiny-particle-accelerators/