我國制成世界首個集成自由電子光源芯片

記者日前從清華大學電子工程系獲悉，該系黃翊東教授團隊成員劉仿副教授，帶領科研人員研制出了集成自由電子光源的芯片，在國際上首次實現了無閾值切倫科夫輻射，是我國科學家率先實現的重大理論突破，加速了自由電子激光器小型化進程。相關研究論文近期發布在國際權威期刊《自然·光子》上。

切倫科夫輻射現象1934年被發現，在反質子、中微子振蕩等基本粒子的發現過程中起到了關鍵作用，也是實現自由電子激光光源的有效途徑之一。而自由電子激光器由於波長短、功率大、效率高、波長可調節等特點，可望用於研究凝聚態物理學、材料特征、反導彈激光武器、雷達、等離子體診斷等，在基礎物理、國防軍事、生物醫療、信息科學等領域具有重要應用價值。

黃翊東在接受科技日報記者採訪時打比方說：“若將材料中傳播的光子比作一列勻速前進的高速火車，高能帶電粒子隻有追上火車的尾巴，也就是達到材料中的光速（光的相速度），才能產生切倫科夫輻射。”目前，產生光波段切倫科夫輻射的最小電子能量最少需2萬電子伏特，隻有大型電子加速裝置才能做到。

此次，劉仿帶領博士生肖龍等人發現，在人工雙曲超材料中，無論勻速運動的電子速度多慢都可以產生輻射，即可以實現無閾值的切倫科夫輻射。黃翊東解釋說：“超材料將產生輻射的電子能量條件完全反轉。加速電子所需能量下降幾個數量級，離不開大型加速裝置的硬約束也解除了。”

評價認為，實驗結果顛覆了傳統自由電子光源需要大型電子加速器的固有范式，使得在芯片上研究飛行電子與微納結構的相互作用成為可能。（記者房琳琳）