清华大学研制世界首个集成自由电子光源芯片

 从清华大学电子工程系获悉，该系黄翊东教授团队成员刘仿副教授，带领科研人员研制出了集成自由电子光源的芯片，在国际上首次实现了无阈值切伦科夫辐射，是我国科学家率先实现的重大理论突破，加速了自由电子激光器小型化进程。相关研究论文近期发布在国际权威期刊《自然·光子》上。

切伦科夫辐射现象1934年被发现，在反质子、中微子振荡等基本粒子的发现过程中起到了关键作用，也是实现自由电子激光光源的有效途径之一。而自由电子激光器由于波长短、功率大、效率高、波长可调节等特点，可望用于研究凝聚态物理学、材料特征、反导弹激光武器、雷达、等离子体诊断等，在基础物理、国防军事、生物医疗、信息科学等领域具有重要应用价值。

黄翊东在接受科技日报记者采访时打比方说：“若将材料中传播的光子比作一列匀速前进的高速火车，高能带电粒子只有追上火车的尾巴，也就是达到材料中的光速(光的相速度)，才能产生切伦科夫辐射。”目前，产生光波段切伦科夫辐射的最小电子能量最少需2万电子伏特，只有大型电子加速装置才能做到。

此次，刘仿带领博士生肖龙等人发现，在人工双曲超材料中，无论匀速运动的电子速度多慢都可以产生辐射，即可以实现无阈值的切伦科夫辐射。黄翊东解释说：“超材料将产生辐射的电子能量条件完全反转。加速电子所需能量下降几个数量级，离不开大型加速装置的硬约束也解除了。”

评价认为，实验结果颠覆了传统自由电子光源需要大型电子加速器的固有范式，使得在芯片上研究飞行电子与微纳结构的相互作用成为可能。